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Kurz zusammengefasst waren die Ziele dieser Arbeit, die in vivo Untersuchung einer Hyperhomocysteinämie und spezifischer diätetischer Mikronährstoffe im Kontext der Alzheimer-Erkrankung. Zu diesem Zweck wurden zwei Krankheitsmodelle in den Mäusen induziert. Zum einen wurde eine Alzheimer-ähnliche Pathologie genetisch simuliert durch den Einsatz des neuen AppNL-G-F knock-in Modells, das im Zuge dieser Arbeit auch weiter charakterisiert wurde. Zum anderen wurde eine chronische Hyperhomocysteinämie in den Tieren induziert via Langzeit-Fütterung einer Spezialdiät, die defizient an den Vitaminen B6, B12 und Folat war, was sich durch erhöhte Werte der Aminosäuren Homocystein und Homocysteinsäure in verschiedenen biologischen Matrices der Mäuse wie Serum, Urin und Hirngewebe, bemerkbar machte. Durch die Kombination der Krankheitsmodelle wurden sowohl Aspekte einer familiären Alzheimer-Erkrankung (verstärkter Amyloid-β-Anabolismus im knock-in Modell) als auch ein potentielles Charakteristikum der sporadischen Form der Krankheit (erhöhte Homocystein-Spiegel) simuliert. Auswirkungen des AppNL-G-F Genotyps, einer zusätzlichen Hyperhomocysteinämie und potentiell vorteilhafter, oder gar präventiv wirksamer Mikronährstoffe wurden dabei mit Hilfe von diversen Verhaltensversuchen und ergänzenden ex vivo Analysen bewertet. Trotz massiver cerebraler Amyloidose war lediglich ein milder Einfluss auf die kognitive Leistungsfähigkeit der AppNL-G-F Tiere im Vergleich zur gleichaltrigen Wildtyp-Kontrolle detektierbar. Dies weist zum einen auf die Subtilität des Mausmodells hin und zum anderen befeuert es die kontroverse, häufig geführte Diskussion um die zentrale Bedeutung der „Amyloid-Hypothese“ im Rahmen der komplexen Alzheimer-Pathologie. Die kognitiven Fähigkeiten der entsprechenden Mäuse verschlechterten sich auch nicht bei gleichzeitig signifikant erhöhten Homocystein- und Homocysteinsäurespiegeln, d.h. die Hyperhomocysteinämie hat in diesem Modell für familiären Alzheimer nicht kausal zur Verschlimmerung der induzierten Pathologie beigetragen sowohl hinsichtlich der kognitiven Leistung in diversen Verhaltensversuchen als auch hinsichtlich dem Schweregrad der cerebralen Amyloidose. Zur Hyperhomocysteinämie, vor allem aber auch zur Rolle bestimmter diätetischer Interventionen in dem Kontext, findet man eine heterogene, teilweise konträre Literatur vor, insbesondere im klinischen Kontext. Die untersuchten diätetischen Ansätze in dieser Arbeit, bestehend aus hochdosierten B-Vitaminen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren, Betain und einer komplexeren Mikronährstoffkombination, zeigten ebenfalls keinen konsistenten Effekt auf Phänotyp und Amyloid-β-Menge in den Hirnen der Tiere. Die Ergebnisse der durchgeführten Studien legen daher, zumindest in diesem Krankheitsmodell, keinen Wert als potentiell präventiven Ansatz der kognitiven Verschlechterung bei Alzheimer nahe. Da die dieser Arbeit zugrundeliegenden in vivo Studien keine per se erhöhten, AppNL-G-F-assoziierten Homocysteinspiegel offenbarten, zeigte sich Homocystein nicht als Biomarker, zumindest für die in diesem Mausmodell simulierten Aspekte der komplexen Alzheimer-Pathologie. Neben den zuvor beschriebenen fehlenden Effekten der Hyperhomocysteinämie, konnten in dieser Arbeit jedoch auch statistisch signifikante Einflüsse sichtbar gemacht werden. Wie in der durchgeführten Kinetikstudie gezeigt, resultierte die Alzheimer-ähnliche Pathologie in einem signifikant höheren Schweregrad der ausgebildeten Hyperhomocysteinämie in den AppNL-G-F Tieren im Vergleich zur gleichaltrigen Wildtyp-Kontrolle. Folglich übte der gestörte Amyloid-β-Metabolismus, neben der B-vitamindefizienten Diät, einen zusätzlich verstärkenden Effekt auf den hyperhomocysteinämischen Status aus. Sowohl für knock-in-, als auch Wildtyp-Tiere konnte gezeigt werden, dass bei Beendigung der Karenz an Vitamin B6, B12 und Folat, die erhöhten Homocystein- und Homocysteinsäurespiegel innerhalb kurzer Zeit wieder auf Baseline-Niveau normalisiert werden können. Weitere signifikante Effekte wurden detektiert bezüglich Erythrozyten-bezogener Parameter wie den Hämoglobingehalt im Blut der hyperhomocysteinämischen Tiere. Ein reduzierter Sauerstofftransport und die damit einhergehende verringerte Versorgung der Neuronen mit Sauerstoff in den entsprechenden experimentellen Gruppen deuten auf eine vornehmlich vaskuläre Wirkung hin im Hinblick auf Homocystein-bezogene Pathomechanismen, die potentiell zu einer Demenz beitragen. Solche Effekte können zusätzlich verstärkt worden sein durch die, in der durchgeführten Proteomanalyse gezeigte, Herunterregulierung angiogener Marker im Serum und in der Cerebrospinalflüssigkeit dieser Tiere. Eine Verringerung der kapillären Dichte im Hirn und ein verringerter cerebraler Blutfluss haben ein zusätzlich reduziertes Angebot an Sauerstoff und Glucose zur Folge und stellen einen Link zu eingeschränkter kognitiver Leistungsfähigkeit in Älteren und Alzheimer-Patienten dar. Translational relevant ist eine vaskuläre Wirkung von Homocystein auch dadurch, dass vaskuläre Demenz und Alzheimer in etwa 40% der Fälle koinzident sind und Homocystein in früheren Humanuntersuchungen eine größere Bedeutung bei der vaskulären Demenz im Vergleich zur Alzheimer-Erkrankung nahelegte. Auch wenn in Summe die beschriebenen Effekte der Hyperhomocysteinämie nicht groß genug waren, um sich in phänotypischen Einschränkungen in den Tieren auszudrücken, so konnten in der hier vorliegenden Arbeit dennoch Details zur Rolle erhöhter Homocysteinspiegel für verschiedene biologische Prozesse aufgeklärt werden. Insbesondere die Funde der explorativen Proteomanalyse in Serum und CSF könnten Ansatzpunkte für weitergehende Untersuchungen darstellen und sollten in anderen präklinischen Krankheitsmodellen und/oder einer Humanstudie validiert werden.

Aktuell stehen Landwirte in Deutschland immer neuen Herausforderungen gegenüber, deren Bewältigung eine betriebliche Anpassung und damit verbundene Entscheidungen erfordern. In Folge des Klimawandels treten immer häufiger Extremwetterereignisse auf, die die landwirtschaftliche Ernte schädigen oder gar vernichten können. Aus diesem Grund stehen Landwirte vor der Entscheidung, ob und wie sie ihre Kulturen vor auftretenden Schadereignisse schützen können und welche Instrumente hierfür am besten geeignet sind. Aber auch die immer weiter steigenden Preise auf dem landwirtschaftlichen Bodenmarkt und das damit verbundene Auftreten von außerlandwirtschaftlichen Investoren führen dazu, dass sich für Landwirte die Flächen verteuern können. Die in diesem Zusammenhang politisch diskutierte Möglichkeit zur Privilegierung von Landwirten gegenüber Investoren in Form von Vorkaufsrechten sind ein Instrument der Bodenmarktgestaltung. Damit sind die Schwerpunkte dieser Arbeit skizziert, das Entscheidungsverhalten von Landwirten in Zusammenhang mit diesen exemplarischen aktuellen Herausforderungen zu untersuchen. Und zu ermitteln, welche Zahlungs- bzw. Akzeptanzbereitschaft seitens der Landwirte für bestimmte Lösungsoptionen zur Bewältigung dieser Entscheidungsherausforderungen bestehen und welchen Nutzen diese Lösungsoptionen für Landwirte haben. Dazu werden Discrete Choice Experimente eingesetzt, bei denen die befragten Landwirte mit (fiktiven) Entscheidungssituationen konfrontiert werden, in denen aus mehreren Alternativen die bevorzugte zu wählen ist. Diese Alternativen werden von verschiedenen Attributen und Levels beschrieben, die systematisch über das gesamte Versuchsdesign variiert werden. Anschließend kann mit verschiedenen Modellen der Nutzen einzelner Attribute und die Zahlungs- bzw. Akzeptanzbereitschaft geschätzt werden. Hierzu wurde ein Discrete Choice Experiment entwickelt, um das Entscheidungsverhalten von Landwirten bei der Eintragung von Vorkaufsrechten zu untersuchen, den Nutzen einzelner Vorkaufsrechtseigenschaften und die Zahlungsbereitschaft für diese Eigenschaften zu ermitteln. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Mehrheit der befragten Landwirte aus Vorkaufsrechten einen Nutzen zieht und eine Zahlungsbereitschaft für Vorkaufsrechte an landwirtschaftlichen Nutzflächen aufweist. Beides hängt maßgeblich von den Eigenschaften des Vorkaufsrechts, aber auch von der persönlichen und betrieblichen Situation des Befragten, ab. Aufgrund der Komplexität des Themas Vorkaufsrechte wurde noch ein weiteres Discrete Choice Experiment durchgeführt, um das Entscheidungsverhalten der Eigentümer der von Vorkaufsrechten betroffenen landwirtschaftlichen Grundstücke zu analysieren. Anhand der gewählten Stichprobe wurden nur Eigentümer landwirtschaftlicher Grundstücke befragt, die selbst Landwirte sind. Auch hier ging es darum, den Nutzen und die monetäre Akzeptanzbereitschaft von Vorkaufsrechten, diesmal auf Seiten der betroffenen Grundstückseigentümer, zu schätzen. Wider Erwarten zeigt sich hier, dass die befragten landwirtschaftlichen Grundstückseigentümer trotz der Belastung des Grundstücks im Grundbuch eine hohe Bereitschaft aufweisen, Vorkaufsrechte an ihren Grundstücken zugunsten von Landwirten eintragen zu lassen. Es wird aber auch deutlich, dass hierfür eine monetäre Akzeptanzbereitschaft besteht, d. h., dass für die Gewährung von Vorkaufsrechten eine Entschädigungszahlung erwartet wird. Wie bereits in den vorangegangenen Untersuchungen ist auch hier der Nutzen sowie die Akzeptanz-bereitschaft stark von den Eigenschaften des Vorkaufsrechts und der persönlichen und betrieblichen Situation der Befragten abhängig. Abschließend wurde ein weiteres Discrete Choice Experiment unter Obst- und Weinbauern in Baden-Württemberg durchgeführt. Gegenstand der Untersuchung war das Entscheidungsverhalten der befragten Obst- und Weinbauern bezüglich des Abschlusses von staatlich geförderten Ertragsversicherungen zur Absicherung gegen Schäden aufgrund von Extremwetterereignissen. Die Erstellung des Discrete Choice Experiments basiert auf einem 2019 eingeführten Pilotprojekt des Landes Baden-Württemberg zur Förderung von Ertragsversicherungen gegen extremwetterbedingte Schäden im Obst- und Weinbau. Auch hier entscheidet sich die Mehrheit der Befragten für den Abschluss einer geförderten Ertragsversicherung und weist eine Zahlungsbereitschaft für Ertragsversicherungen auf. Diese Entscheidung wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Versicherung, aber auch durch das bisherige Risikomanagement der befragten Betriebe, beeinflusst. Zusammenfassend über alle durchgeführten Analysen lässt sich festhalten, dass Landwirte sich den aktuell auftretenden Herausforderungen stellen, sich mit den möglichen Lösungsoptionen auseinandersetzen und sich im Rahmen von Discrete Choice Experimenten mehrheitlich für diese Lösungsoptionen und somit gegen den Status Quo entscheiden. Farmers in Germany are currently facing new challenges, which require operational adaptation and associated decisions. As a result of climate change, extreme weather events are occurring with increasing frequency, which can damage or even destroy agricultural harvests. For this reason, farmers are faced with the decision of whether and how they can protect their crops from damaging events and which instruments are best suited for this purpose. However, the increasing prices on the farmland market and the associated appearance of non-agricultural investors on the farmland market also mean that land can become more expensive for farmers. The possibility of privileging farmers towards investors in the form of pre-emptive rights, which is being discussed politically in this context, is an instrument for shaping the farmland market. This outlines the focus of this work, which is to examine the decision-making behaviour of farmers in connection with these exemplary current challenges and to determine what willingness there is on the part of farmers to pay or accept certain solutions for overcoming these decision-making challenges and what benefits these solutions have for farmers. Discrete choice experiments are used for this purpose, in which the farmers surveyed are confronted with (fictional) decision-making situations in which the preferred alternative is to be chosen from several alternatives. These alternatives are described by different attributes and levels, which are systematically varied over the entire experimental design. Subsequently, different models can be used to estimate the benefit of individual attributes and the willingness to pay or willingness to accept. Therefore, a discrete choice experiment was developed to investigate the decision-making behaviour of farmers when registering pre-emptive rights, to determine the benefits of individual pre-emptive rights attributes and the willingness-to-pay for these attributes. The results,show, that the majority of the farmers surveyed preferred to choose one of the two pre-emptive rights over the status quo. I.e. farmers derive a benefit from pre-emptive rights and show a willingness-to-pay for pre-emptive rights to farmland, both of which depend on the characteristics of the pre-emptive right, but also on the personal and operational situation of the respondent. Due to the complexity of the issue of pre-emptive rights, another discrete choice experiment was conducted to analyse the decision-making behaviour of the owners of farmland affected by pre-emptive rights. Based on the sample chosen, only owners of farmland who are farmers themselves were interviewed. Here, too, the aim is to estimate the benefits and the monetary willingness-to-accept for pre-emptive rights, this time on the part of the affected farmland owners. However, it also becomes clear that there is a monetary willingness-to-accept this, i.e. that a compensation payment is expected from the entitled party for the granting of pre-emptive rights. As in the previous studies, the benefit as well as the willingness-to-accept strongly depends on the char¬acteristics of the pre-emptive right and the personal and farm situation of the respondents. Finally, another discrete choice experiment was conducted among orchardists and vintners in Baden-Württemberg. The subject of the study is the decision-making behaviour of the orchardists and vintners surveyed regarding the conclusion of state-subsidised crop insurance policies to protect against damage due to extreme weather events. The creation of the discrete choice experiment is based on a pilot project introduced in 2019 by the state of Baden-Württemberg to promote crop insurance against extreme weather-related damage in orcharding and viticulture. Here, too, the majority of respondents decide to take up subsidised crop insurance and show a willingness to pay for crop insurance. This decision is influenced by the characteristics of the crop insurance, but also by the previous risk management of the surveyed farms. Summing up all the analyses carried out, it can be said that farmers face up to the challenges currently arising, deal with the possible solutions and, within the framework of discrete choice experiments, decide by majority in favour of these solutions and thus against the status quo.

Die Flächeninanspruchnahme durch stetige Urbanisierung bedingt lokal und global erhebliche Eingriffe in den Naturhaushalt, die ihn vielen Ländern der Welt entsprechend kompensiert werden müssen. In Deutschland sind derartige Eingriffe gemäß § 13 des Bundesnaturschutzgesetzes zu kompensieren. Neben der Flächeninanspruchnahme für den Eingriff wie z. B. ein Baugebiet führt dies häufig zu einer zusätzlichen Inanspruchnahme von Flächen für die Umsetzung von Kompensationsmaßnahmen. Insbesondere in wachsenden Ballungsräumen, wo die Flächenknappheit ein Problem darstellt, kann die Kompensation Landnutzungskonflikte verschärfen. Gerade die Landwirtschaft ist in diesem Kontext ein zentraler Akteur. Einerseits bieten landwirtschaftliche Flächen, insbesondere intensiv genutzte Ackerflächen, ein erhebliches naturschutzfachliches Aufwertungspotenzial. Andererseits zeichnet sich die Landwirtschaft auch durch eine außerordentliche Raumwirksamkeit aus. Aus Sicht des Naturschutzes besteht zudem ein Verbesserungsbedarf im Kompensationsgeschehen, da teilweise Defizite bei der Pflege- und Umsetzung von Maßnahmen vorhanden sind. Bestehende Instrumente wie Ökokonten oder die sogenannte produktionsintegrierte Kompensation, eine Form der Kooperation zwischen Naturschutz und Landwirtschaft, sind bislang wenig etabliert. Im Rahmen der Arbeit wird daher das Kompensationsgeschehen mit Fokus auf die Landwirtschaft in Ballungsräumen, insbesondere am Beispiel der Region Stuttgart analysiert. Die Kapitel 2 und 3 der Arbeit legen den Schwerpunkt auf die einzelbetriebliche Analyse. Neben Tiefeninterviews mit landwirtschaftlichen Betrieben erfolgt in Kapitel 2 eine Raumanalyse bezüglich der Inanspruchnahme von landwirtschaftlichen Flächen zu Zwecken der Kompensation am Beispiel der benachbarten Städte Stuttgart und Filderstadt. Darauf aufbauend wird in Kapitel 3 ein Discrete Choice Experiment (DCE) mit Landwirtinnen und Landwirten innerhalb und außerhalb der Region Stuttgart mit Fokus auf die Analyse der Akzeptanz für Kompensationsmaßnahmen umgesetzt. In Kapitel 4 erfolgt eine Ableitung des Kompensationspotenzials am Beispiel von Ackerland in der Region Stuttgart mit Hilfe eines geodatenbasierten Landnutzungsmodells. Im Rahmen von Kapitel 5 werden unterschiedliche Kompensationsszenarien auf regionaler Ebene analysiert. U. a. werden dazu Daten zum geschätzten Kompensationsbedarf der Kommunen in der Region Stuttgart bis 2030 vom Verband Region Stuttgart bereitgestellt und es fließen Ergebnisse des DCE ein. Kapitel 6 adressiert die regionale Bündelung und Vernetzung von produktionsintegrierten Kompensationsmaßnahmen. Mit Hilfe von Geodaten erfolgt eine räumlich differenzierte Bewertung von Maßnahmen aus der landwirtschaftlichen und naturschutzfachlichen Perspektive. Dadurch sollen Flächen identifiziert werden, die ein größtmögliches Synergiepotenzial zwischen Landwirtschaft und Naturschutz hinsichtlich der Umsetzung von Kompensationsmaßnahmen bieten. Die Raumanalyse zeigt, dass die Landwirtschaft im Kontext der Eingriffsregelung im Vergleich zu anderen Raumnutzungen überproportional durch Flächenverluste betroffen ist. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass generell seitens der Landwirtschaft eine Akzeptanz für freiwillige Kompensationsmaßnahmen besteht. Diese hängt allerdings von der Art der Maßnahme und Form der rechtlichen Sicherung ab. Zudem zeigt sich ein erhebliches Potenzial für Kompensationsmaßnahmen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen, wobei allerdings zwischen dem Zentrum einer Ballungsregion und den Randbereichen starke räumliche Disparitäten hinsichtlich der Kosten bestehen, wie am Beispiel der Region Stuttgart gezeigt werden kann. Eine räumlich unbeschränkte Umsetzung der Kompensation kann demnach in Folge zu einer Polarisierung zwischen dem Kern der Region mit wenigen ökologisch vorteilhaften und landschaftsbildfördernden Kompensationsmaßnahmen und den Randbereichen mit vielen ökologisch vorteilhaften und landschaftsbildfördernden Kompensationsmaßnahmen führen. Die entwickelten Suchraumkarten zeigen zudem, dass es Synergien zwischen Landwirtschaft und Naturschutz in einer relevanten Größenordnung geben kann. Kompensationsmaßnahmen können damit zur ökologischen Nachhaltigkeit in der Agrarlandschaft beitragen und eine relevante betriebswirtschaftliche Option darstellen. Wesentliche Herausforderungen stellen die Kommunikation zwischen Landwirtschaft und Behörden bzw. Kommunen dar, das Verständnis und die Transparenz im Sinne des Marktes für Kompensationsmaßnahmen und die Bewertung der naturschutzfachlichen Aufwertung bei produktionsintegrierten Maßnahmen. Darüber hinaus sind verschiedene Formen der rechtlichen Sicherung im Zusammenhang mit der Festlegung des rechtlich erforderlichen Pflege- und Unterhaltungszeitraums zukünftig noch klarer zu konkretisieren und zu kommunizieren. Außerdem sollten freiwillige Maßnahmen wie Ökokontomaßnahmen stärker eingesetzt werden, um eine vorausschauende Planung zu ermöglichen. Land take due to urbanisation has a major local and global impact on the natural balance, that are to be compensated for in many countries around the world. In Germany, this kind of impacts are to be compensated for according to the Impact Mitigation Regulation pursuant to Article 13 of the German Nature Conservation Act. In addition to land take for an intervention, such as a building site, additional land is required for the implementation of offset measures. Especially in expanding urban areas, where land scarcity is a problem, offsetting can exacerbate land use conflicts. Agriculture, in particular, is one key stakeholder in the context of offsetting. On the one hand, agricultural land, especially intensively used arable land, offers considerable potential for nature conservation enhancement. On the other hand, agriculture is also characterised by its considerable spatial impact. There is also a need for improvement in the compensation process from the point of view of nature conservation, as there are often deficits in the maintenance and implementation of measures. Existing instruments such as eco-accounts or so-called production-integrated compensation, a form of cooperation between nature conservation and agriculture, have so far been poorly established. The present study, therefore, analyses offset activities with a focus on agriculture in urban areas, drawing more particularly on the example of the Stuttgart Region. Chapters 2 and 3 of the study focus on the analysis of individual farms. In addition to in-depth interviews with farms, Chapter 2 provides a spatial analysis of agricultural land take for offset purposes using the example of the neighbouring cities of Stuttgart and Filderstadt. The insights gained are applied in Chapter 3 to analyse the acceptance of offset measures using a discrete choice experiment (DCE). In Chapter 3 the DCE is conducted with farmers in and outside the Stuttgart Region. In Chapter 4, the offset potential is determined using the example of arable land in the Stuttgart Region with the help of a geodata-based land use model. Within Chapter 5 different offset scenarios at regional level are analysed. To this end, data on the estimated offset needs of the municipalities in the Stuttgart Region up to 2030 were furnished by the Verband Region Stuttgart. They are used for modelling, and the results of the DCE from Chapter 3 are incorporated. Chapter 6 addresses the regional bundling and networking of production-integrated compensation measures with the help of expert-based maps. Using geodata, a spatially differentiated assessment is carried out from an agricultural and nature conservation perspective. The aim here is to identify areas that offer the greatest possible potential for synergies between agriculture and nature conservation in conjunction with offset measures. The spatial analysis shows that agriculture is disproportionately affected by land loss in the context of the intervention regulation compared to other land uses. Furthermore, the results show that agriculture generally accepts voluntary offset measures although this very much depends on the type of measure and legal safeguard. The results also show a considerable potential for offset measures on agricultural land, although there are strong spatial disparities in terms of costs, especially between the centre of an urban area and the peripheral areas, as demonstrated by the example of the Stuttgart Region. Consequently, the spatially unrestricted implementation of compensation can lead to a polarisation between the core of the region with therefore just a few ecologically beneficial, landscape-enhancing offset measures and the peripheral areas with numerous ecologically beneficial, landscape-enhancing offset measures. Moreover, the developed expert-based maps show that synergies are possible between agriculture and nature conservation on a significant scale. Offset measures can thus contribute to ecological sustainability in agricultural landscapes and are a relevant business option for farms. There are major challenges when it comes to communication between agriculture and authorities or municipalities: ensuring understanding and transparency in terms of the market for offset measures, and assessing the nature conservation enhancement of production-integrated compensation measures. In addition, the various forms of legal safeguard in connection with the determination of the legally prescribed care and maintenance period must be more clearly specified and communicated in the future. Voluntary or eco-accounting measures, in particular, should be used more intensively, as they allow for forward planning.

Die Endlichkeit der fossilen Ressourcen sowie der Klimawandel stellen die globale Gesellschaft vor große Herausforderungen und erfordern eine umfassende Transformation des aktuellen Wirtschaftssystems. In dieser Transformation, die auch als Bioökonomie bezeichnet wird, nimmt der Übergang von einer fossil-basierten zu einer bio-basierten Rohstoffversorgung eine wichtige Rolle ein. Die landwirtschaftliche Produktion ist in diesem Zusammenhang ein wichtiger Rohstofflieferant, die bereits durch eine starke Nutzungskonkurrenz um die knappe Fläche gekennzeichnet ist, die weitere Produktionssteigerungen für die Bioökonomie erschweren. Ökonomische Modelle können in diesem Kontext als wertvolle Methode zu Analyse der Bioökonomie agieren, mit denen einerseits die Wechselwirkungen von verschiedenen Nutzungspfaden abgebildet werden und die andererseits mit einer entsprechenden Szenarienentwicklung auch die Unsicherheit adressieren können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Potentialabschätzung verschiedener landwirtschaftlicher Biomassen für die Bioökonomie und die Analyse der damit verbundenen Auswirkungen auf die landwirtschaftlichen Produktionsstrukturen in Baden-Württemberg. In Kapitel 2 wird das Potential von Grünland als Biogassubstrat analysiert, das in Zukunft eine bedeutende Rolle für die Bioökonomie spielen kann. Aufgrund des aufwändigeren Ernteverfahrens und teilweise ungünstiger Produktionsbedingungen hat Grünland höhere Produktionskosten gegenüber ackerbürtiger Biogassubstrate. Die Berücksichtigung der iLUC Faktoren mit hohen Preisen für THG-Emissionen kann die relative Vorzüglichkeit des Grünlandes soweit verbessern, dass es mit der Produktion von Ackerland konkurrenzfähig ist, auch wenn Silomais aus vielfacher Hinsicht oft das vorzüglichere Biogassubstrat ist, wie das Kapitel 3 anhand einer Standortmodellierung für Biogasanlagen in Baden-Württemberg zeigt. In den Kapiteln 4 und 5 wird das Potential von Stroh zur energetischen und stofflichen Verwertung analysiert . Diese Untersuchungen basieren auf der Verknüpfung von EFEM mit dem techno-ökonomischen Standortoptimierungsmodell BIOLOCATE. Die Ergebnisse zeigen anschaulich die Wechselwirkung zwischen den Skaleneffekten und den steigenden Rohstoffbereitstellungskosten. So sinken mit zunehmender Anlagengröße einerseits die durchschnittlichen Investitionskosten, andererseits steigen die Rohstoffkosten, weil die Transportentfernungen zunehmen und eine steigende Biomassenachfrage höhere Marktpreise zur Folge hat. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Stroh grundsätzlich mit der Bereitstellung von regionaler Bioenergie und als Rohstoff für stoffliche Wertschöpfungsketten einen Beitrag zur Bioökonomie leisten kann. Allerdings hat selbst die Nutzung von Nebenprodukten Auswirkungen auf die Anbaustrukturen. In Kapitel 6 werden die Auswirkungen von gesamtwirtschaftlichen Expansionspfaden der Bioökonomie auf die landwirtschaftlichen Produktionsstrukturen in Baden-Württemberg untersucht. Hierfür werden die Ergebnisse einer iterativen Modellkopplung zwischen dem Agrarsektormodell ESIM und dem Energiesektormodell TIMES-PanEU von vier Bioökonomieszenarien mithilfe von EFEM von nationaler Ebene auf regionale und einzelbetriebliche Ebene herunterskaliert. Die Ergebnisse zeigen, dass Betriebe mit vornehmlich extensiven Produktionsverfahren wie der Mutterkuhhaltung durch ungünstige Produktionsbedingungen keinen Nutzen aus der Expansion der Bioökonomie ziehen können werden, während insbesondere große Ackerbaubetriebe in fruchtbaren Regionen überdurchschnittlich profitieren würden. Grundsätzlich legen die Ergebnisse Grenzen bei der Mobilisierung von zusätzlichem Biomassepotential offen. Dies begründet sich in der hohen Anbauintensität der landwirtschaftlichen Produktion in Deutschland, aufgrund dessen die Ausweitung einer Produktion aufgrund der Nutzungskonkurrenz andere Produktionen einschränkt. Für Grünland zeigen die Ergebnisse, dass der Rückgang der grünlandbasierten Rinderhaltung und nachteilige ökonomische Rahmenbedingungen zu einer signifikanten Menge an ungenutztem Grünland führen können. Grünland stellt sich so als vielversprechende Ressource zur Biomasseproduktion für die Bioökonomie dar, da es neben der Rohstoffbereitstellung auch wichtige Ökosystemdienstleitungen (z. B. Artenvielfalt) liefern kann. Hierfür müssten allerdings politische Rahmenbedingungen etabliert werden, die die ökologischen Leistungen entsprechend fördern. Abschließend wird in Kapitel 7 weiterer Forschungsbedarf aufgezeigt, der die Weiterentwicklung des methodischen Ansatzes beinhaltet. Diese umfassen einerseits eine Erweiterung um gesamtwirtschaftliche Modelle, um Wechselwirkungen mit der stofflichen Nutzung detaillierter abzubilden. Andererseits ist Integration von ökologischen Aspekten für die ganzheitliche Analyse im Rahmen der Bioökonomie notwendig. The finite nature of fossil resources and climate change pose major challenges to the global society and require a comprehensive transformation of the current economic system. One important aspect of this transformation, also known as bioeconomy, is the transition from a fossil-based to a bio-based supply of raw materials. In this context, agricultural production represents an important supplier of raw materials, which in Germany is already characterized by a strong competition for the scarce land. The scarce land is a major challenge of the expansion of the use of agricultural biomass for the bioeconomy. Accordingly, the derivation of the potential of agricultural biomass for bioeconomy requires consideration of the tradeoffs between various utilization paths. In this context, economic models can be valuable methods, which on one hand are able to depict the trade-offs of different value chains and can, on the other hand, incorporate the uncertainty by developing suitable scenarios. The aim of this thesis is the evaluation of the potential of different agricultural biomasses for the bioeconomy and to analyze the associated effects on agricultural production structures in Baden-Wuerttemberg. In chapter 2 the potential of grassland as a biogas substrate is evaluated, which might be important for the bioeconomy in the future. Due to the more complex harvesting process and partly unfavorable production conditions, grassland has higher production costs compared to arable biogas substrates. The consideration of iLUC Factors with high prices for GHG emissions could improve the competitiveness of grassland to such an extent that it is competitive with the production of biogas substrates on arable land. However, silage maize is often the more favorable biogas substrate in many respects, as chapter 3 shows by means of a site modeling for biogas plants in Baden-Wuerttemberg. In chapter 4 and 5 the potential of straw for energetic and material use is analyzed. These investigations are based on the combination of EFEM with the techno-economic location optimization model BIOLOCATE. The results clearly show the interaction between the economies of scale and the rising raw material supply costs. On the one hand, the average investment costs decrease with increasing plant size, but on the other hand the raw material costs increase, because the transport distances increase and an increasing demand for biomass results also in higher market prices. Additionally, the results show that straw can make a fundamental contribution to the bioeconomy by providing regional bioenergy and as feedstock for material value chains. However, even the use of by-products can have effects on cultivation structures and thus, reduce the production of agricultural biogas substrates, among other things. In Chapter 6 the effects of macroeconomic expansion paths of the bioeconomy on agricultural production structures in Baden-Wuerttemberg are investigated. For this purpose, the results of an iterative model coupling between the agricultural sector model ESIM and the energy sector model TIMES-PanEU of four bioeconomic scenarios are scaled down from national level to regional and farm level using EFEM. The results show different impacts on farm types and thus illustrate the advantages of a differentiated analysis of the expansion of the bioeconomy. Therefore, farms with mainly extensive production methods such as suckler cow husbandry do not profit from the expansion of the bioeconomy due to unfavorable production conditions, while especially large arable farms in fertile regions would benefit disproportional more than the average. Basically, the results reveal limits to the mobilization of additional biomass potential. The reason for this is the already high cultivation intensity of agricultural production in Germany, in which the expansion of one production restricts production of another due to competition for the limited agricultural land. For grassland, the results show that the decline in grassland-based cattle farming and unfavorable economic conditions can lead to a significant increase of unused grassland. Grassland thus presents itself as a promising resource for biomass production for the bioeconomy, as it can provide important ecosystem services (e.g. biodiversity) in addition to the provision of raw materials. However, a political framework has to be established that promotes ecological services accordingly. Finally, in chapter 7 additional research needs are identified, which include further development of the methodological approach. These comprise an extension of the analysis by macroeconomic models to integrate interactions with the material use in a more detailed way. Furthermore, an integration of ecological parameters is necessary for a holistic analysis in the context of bioeconomy.

Riesling wird neben seiner mannigfaltigen Variabilität im Aromaprofil, das unter anderem durch die unterschiedliche Bodenbeschaffenheit entsteht, vor allem in Deutschland auch wegen seiner Kältetoleranz und Anpassungsfähigkeit geschätzt. Er gilt zudem auch als alterungsfähiger Wein, allerdings kommt es bei zu starker Sonnenexposition der Rebe und langer bzw. warmer Lagerung vermehrt zur Bildung von 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin (TDN). Dieser von Carotinoiden abstammende Aromastoff verursacht die sogenannte „Petrolnote“, die vor allem in wärmeren Anbauregionen zum sortentypischen Bukett des Rieslings gehört. Deutsche Rieslingweine zeichnen sich dagegen überwiegend durch einen säurebetonten, fruchtigen Charakter aus, bei dem das Auftreten einer Petrolnote vor allem im Fall von Jungweinen als unpassende Fehlnote empfunden wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war deswegen, die sensorische Relevanz von TDN zu evaluieren und Maßnahmen zu realisieren, die geeignet sind, die Konzentrationen an freiem und gebundenem TDN zu verringern und dadurch das Auftreten der Petrolnote zu vermeiden. Dafür wurde zunächst in Kapitel 6.1 die Empfindlichkeit von Verbrauchern und geschulten Prüfern gegenüber TDN sowie die Konzentration bestimmt, ab der die Petrolnote zu einer Ablehnung des Weins durch Verbraucher führt. Während geschulte Prüfer Rieslingweine bereits ab einem TDN-Gehalt von 2,3 µg/L unterscheiden konnten, lag die Wahrnehmungsschwelle von 156 Verbrauchern mit 14,7 µg/L um ein Mehrfaches darüber, und wurde außerdem durch das Geschlecht der Probanden beeinflusst. Die Petrolnote führte ab TDN-Gehalten von 60 µg/L bei einjährigem und 91 µg/L bei achtjährigem Riesling zur Ablehnung des Weins. Die Konzentration an freiem TDN in 261 Rieslingweinen aus drei verschiedenen Weinwettbewerben überstieg bei rund der Hälfte der Weine die Wahrnehmungsschwelle von geschulten Prüfern, während die Wahrnehmungsschwelle von Verbrauchern nur von 15% der Weine überschritten wurde. Gleichzeitig lag bei keinem der Weine der TDN-Gehalt über der Ablehnungsschwelle. Durch die Evaluierung der instrumentellen Analyseparameter in Kapitel 6.2 wurde für die Untersuchung von freiem TDN und weiteren Aromastoffen eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, nicht nur die TDN-Konzentrationen zu erfassen, sondern auch eine umfassende Qualitätsbewertung der Versuchsweine durchzuführen. Parallel dazu wurde eine Schnellmethode zur Erfassung der Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran implementiert, um auch die Effektivität der in dieser Arbeit durchgeführten weinbaulichen und oenologischen Praktiken im Hinblick auf das TDN-Potential zu beurteilen. Kapitel 6.3 und 6.4 beschreiben weinbauliche Maßnahmen, die in mehrjährigen Studien auf ihre Eignung zur Reduzierung der TDN-Konzentration untersucht wurden. Während bei den Weinen, die aus Beeren unterschiedlicher Größe hergestellt wurden, keine signifikanten Unterschiede über die Jahrgänge hinweg beobachtet wurden, konnte durch die Variation der Rebunterlagen der Gehalt an gebundenem TDN um rund 30% reduziert werden. Ausgangspunkt einer weiteren Versuchsreihe waren acht verschiedene Rieslingklone auf derselben Unterlage, welche anschließend auf ihren TDN Gehalt untersucht wurden. Dabei wurden deutliche Differenzen in der Disposition einiger Klone zu höheren Gehalten an gebundenem TDN festgestellt. Hier ergab sich eine positive Korrelation zwischen der Lockerbeerigkeit der Trauben und der Menge an gebundenem TDN in den produzierten Weinen – je kompakter die Traube, desto weniger gebundenes TDN und gebundenes Vitispiran wurde gebildet. Die höhere Sonnenexposition der Beeren, die diesen Effekt hervorruft, beeinflusste auch die Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran in Weinen, die von Reben geerntet wurden, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in variierender Intensität entblättert wurden. Dabei führt sowohl eine maximale Entblätterung in der Traubenzone wie auch die Laubentfernung einen Monat nach der Blüte zu einer Erhöhung der Konzentration an gebundenem TDN und Vitispiran von rund 50%. Entblätterungsmaßnahmen zur Blüte oder zur Véraison, die der Regulierung der Erntemenge und der Traubengesundheit dienen, führten dagegen zu keinem Anstieg im Vergleich zur nicht-entblätterten Kontrolle. Wie in Kapitel 6.5 ausgeführt wird, resultiert ein hoher Pressdruck beim Keltern sowie ein niedriger Stickstoffgehalt des Mosts in einer Zunahme des gebundenen TDN von 50 100%. Höhere Säuregehalte während der Lagerung verursachten in mehreren Versuchsreihen nicht nur eine höhere Freisetzungsrate von TDN, sondern auch einen verstärkten Abbau anderer Aromastoffe wie Ester, β-Damascenon oder Linalool. Dagegen hatte ein niedriger pH-Wert während der Gärung kaum Einfluss auf den Hefemetabolismus und die dadurch gebildeten Aromastoffe. Die Erhöhung der Gärtemperatur von 12 auf 24 °C hatte jedoch eine Zunahme von honig- oder petrolartigen Noten in den Rieslingweinen zur Folge. Die Verwendung unterschiedlicher Hefestämme führte zu einer Variation der Konzentrationen an gebundenem TDN zwischen 70 und 147 µg/L, abhängig vom Hefestamm und dem Jahrgang. Zwei der untersuchten neun Hefen brachten Weine mit bis zu 40% geringeren Gehalten an gebundenem TDN in Mosten mit hohem Stickstoffgehalt hervor, während drei weitere Hefen besser für den Einsatz in nährstoffarmen Most geeignet waren. Bei der Lagerung der Weine spielte die Lagertemperatur eine entscheidende Rolle in Bezug auf den Gehalt an freiem TDN, gefolgt vom Material des Flaschenverschlusses und der Flaschenorientierung. Mittels geeigneter Filtermaterialien, die in Kapitel 7 beschrieben sind, wurde der Gehalt an freiem Wein um bis zu 80% reduziert, ohne die meisten der anderen Aromastoffe signifikant zu beeinflussen. Somit wurde durch diese Arbeit ein vielfältiger Maßnahmenkatalog für die Weinwirtschaft entwickelt, der geeignet ist, den Anforderungen des fortschreitenden Klimawandels entgegenzutreten und die herausragende Position des Rieslings in Deutschland zu sichern. Riesling is considered as one of the most noble wine varieties especially appreciated in Germany for its cold tolerance, drought resistance and high adaptability to a wide range of mesoclimates and soil types. Riesling wines are produced on every wine-growing continent and excel in the transfer of terroir, soil type and style into its aroma profile. High sun exposure of the vines and long-term storage of the wines cause formation of the C13-norisoprenoid 1,1,6 trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) eliciting a kerosene-like flavor in Riesling wines. Being appreciated by numerous winemakers especially in the southern hemisphere and contributing to its aged character, early formation in young wine can disturb the balance of the wine evoking the ‘petrol off-flavor’ that might cause rejection of the wines by consumers. In this thesis, numerous viticultural and enological practices are assessed towards their capability to reduce the formation of bound and free TDN, avoiding the emergence of the petrol off-flavor. For this purpose, sensory pertinence of TDN on the perception and rejection thresholds of trained panelists and consumers was investigated in Chapter 6.1. While trained panelists were able to distinguish Riesling wines with TDN levels of 2.3 µg/L, consumer detection threshold of 14.7 µg/L TDN determined with 156 consumers exceeded the threshold of the trained panel by a factor of five and varied by consumers’ gender. Rejecting a Riesling wine due to its petrol off-flavor, 60 µg/L TDN were required in a young and 91 µg/L in an eight-year-old Riesling wine. Based on analytical data for 261 commercial Riesling wines, geographic origin and to a smaller extent wine age contributed to large differences in TDN concentrations. About half of the investigated wines exceeded the detection threshold of the trained panel, whereas consumers would have noticed TDN in only less than 15% of the Riesling wines. None of the wines exceeded the consumer rejection threshold of TDN. Evaluation of instrumental parameters in Chapter 6.2 enabled the development of an analytical method for the determination of free TDN and other volatile aroma compounds. This facilitated not only tracking TDN concentrations but also provided a more holistic view on the aroma profile of the resulting wines. At the same time a method was implemented for the rapid analysis of bound TDN and vitispirane to evaluate the viticultural and oenological measures on the TDN potential of Riesling wines. Chapters 6.3 and 6.4 describe the impact of viticultural practices on the formation of free and bound TDN, vitispirane and other volatiles. Wines produced from the same Riesling clone, which was grafted on six different rootstocks, varied up to 30% throughout two vintages in respect to their concentrations of free and bound TDN and vitispirane as well as other volatiles. Over three vintages, the same compounds differed significantly among wines made from eight Riesling clones grafted on the same rootstock. Genetically determined loose grape clusters favored the formation of TDN and yielded wines of stronger sensory petrol intensity. Berry size, however, had no relevant impact on TDN and VS formation. Implementation of minimal pruning yielded significantly higher concentrations of bound TDN alike other volatiles compared to vines trained in a vertical shoot positioning. Thus, processing grapes from minimal pruned Riesling vines may induce the undesired petrol off-flavor. Though, the simultaneous increase of other volatiles, might contribute to a favorable masking of the petrol note. Delaying harvest triggered formation of bound TDN as well as other C13-norisoprenoid, 4 vinylguaiacol and linalool concentration, while no beneficial effect on other volatiles could be observed. Throughout three vintages, identical vines were subjected to defoliation treatments, varying in time point and extent of leaf removal. Defoliation of vines 30 days past bloom, likewise extension of leaf removal, raised levels of bound TDN and vitispirane by 50%. Gentle leaf removal at bloom or véraison yielded lowest levels of bound TDN, without compromising overall impression of the resulting wines at sensory analyses. The effect of oenological practices was assessed in Chapter 6.5, elucidating their effects on the formation of TDN and release of the sensorial active free TDN. High pressure during grape juice production and low levels of yeast assimilable nitrogen in grape juice triggered concentration of bound TDN by 50-100%. Low pH during bottle storage had a detrimental effect on levels of ester compounds, linalool and β-damascenone, while the formation of free TDN and VS was fostered. At the same time, high acidity levels of the grape juice did not affect yeast metabolism during fermentation and the resulting aroma compounds. However, raising fermentation temperature from 12 to 24 °C yielded more honey-like and petrol-affine wines than cooler processing conditions. Nine commercial yeast strains were evaluated with a favorable outcome towards levels of bound TDN, altering concentrations between 70 and 147 µg/L due to yeast strain and vintage effects. Two of the investigated nine yeasts were capable to reduce bound TDN by 40% applied in grape juice with high nitrogen levels, while three more yeasts were more suitable for the use in low nutrient grape juice. High storage temperatures were crucial for the release of free TDN, followed by choice of bottle closure type and storage position. Using suitable filter materials in Chapter 7, the concentration of free TDN in wine could be diminished by up to 80% without losing substantial amounts of other volatile compounds. In conclusion, the set of viticultural and oenological measures elucidated in this work provides suitable tools for winegrowers and winemakers to face advancing climate change and to ensure the production of high-quality Riesling wines.

Die vorliegende publikationsbasierte Dissertationsschrift beschäftigt sich mit dem Phänomen der „Sicherheitsbedrohungen“ aus europäischer und US-amerikanischer Perspektive. Sie bewegt sich damit auf dem Gebiet der Security Studies. Dabei geht die Arbeit von einem erweiterten Verständnis von Sicherheit aus, das über das traditionell militärische Sicherheitsverständnis hinausgeht. Bedrohungen können demzufolge aus verschiedensten Situationen hervorgehen – unter anderem aus Finanzkrisen oder transnationalem Terrorismus. Nichtsdestotrotz stehen auch für die New Security Studies (mit ihrem so verstandenen erweiterten Sicherheitsbegriff) ebenso jene Bedrohungsszenarien im Fokus, die aus zwischenstaatlichen Konflikten resultieren, wie beispielsweise aus dem Ukraine-Russland Konflikt der vergangenen Jahre. Im Rahmen dieser Arbeit werden die folgenden, zentralen Forschungsziele verfolgt: das Gewinnen von theoretisch-fundierten empirischen Erkenntnissen mit Blick auf ausgewählte Problemfelder der europäischen und US-amerikanischen Außen- und Sicherheitspolitik und mit Blick auf die transatlantischen Beziehungen (1) sowie die Erweiterung und Vertiefung der Securitization-Theorie und ihrer Anwendungsfelder in der Internationalen Politik (2).

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung numerischer Flüsse zur Simulation seismischer Wellenausbreitung über Risssysteme. Dazu wird ein „linear slip interfaces“ genanntes Konzept genutzt um eine Randbedingung an die elastische Wellengleichung zu formulieren. Das zugehörige Riemann-Problem wird gelöst und aus der Lösung numerische Flüsse für die nodale diskontinuierliche Galerkin (NDG) Methode gewonnen. Diese Flüsse werden in eine bestehende NDG Software, NEXD, eingearbeitet und auf Funktionalität und Genauigkeit geprüft. Experimente zeigen wie sich Wellen verhalten, die an einem Riss entlanglaufen, sie beschäftigen sich damit wie das Wellenfeld beeinflusst wird, wenn mehr als ein Riss vorhanden ist und gehen der Frage nach welche Auswirkungen verschiedene Risssysteme auf die Lokalisierung von Erdbeben haben. Die Ergebnisse zeigen einige Übereinstimmung mit existierenden Laborexperimenten und demonstrieren die Schwierigkeiten bei der Lokalisierung von Erdbeben.

Der Kundenwunsch nach Individualität erhöht die Variantenvielfalt im Markt und eine unternehmensinterne Komplexität in Bezug auf die Produktentstehungsprozesse und die Produktionssysteme. Unternehmen müssen daher ausgewogen im Spannungsfeld zwischen „Market Pull“ und „Technology Push“ erfolgreich agieren. Um anspruchsvolle multifunktionale Systeme multidisziplinär im Sinne des Systems Engineering bearbeiten zu können, bedarf es einer reibungslosen Zusammenarbeit verschiedener Fachdisziplinen, wie den Ingenieurwissenschaften sowie der Betriebswirtschaft. Die vorliegende Arbeit ist eine Methodik, welche betriebswirtschaftlich orientierte Bereiche mit den ingenieurwissenschaftlichen Bereichen ausgewogen zusammenzuführt, so dass Produkte und Produktionssysteme integriert entwickelt bzw. optimiert werden können. Dazu werden die Methoden Szenariotechnik, GraFem, Erfolgsfaktoren, Serious Games, Technologiereifegradbeurteilungen sowie strategisches Management vereint. Kern der Arbeit stellt die Adaption der Szenariotechnik auf unterschiedliche Fragestellungen, wie Produktentwicklung sowie Produktionssystementwurf dar. Die vorliegende kumulative Habilitationsschrift ist maßgebliches Ergebnis der aktiven Forschungsarbeit der Juniorprofessur an der Universität Siegen. Die Forschungsergebnisse wurden in zahlreichen international anerkannten Fachzeitschriften und etablierten Konferenzen veröffentlicht.