Plant - Invertebrate Interactions in Agriculturally Managed Grasslands Under Functional Group Manipulation

Die Nachfrage nach Agrarprodukten ist im Laufe der letzten Jahrhunderte durch die wachsende Weltbevölkerung in Kombination mit einem zunehmenden Pro-Kopf- Bedarf stark gestiegen. Weltweit steigt der Druck auf Ökosysteme durch Ausweitung und Nutzungsintensivierung landwirtschaftlich genutzter Flächen Auf intensiv genutzten Grasflächen führt der hohe Einsatz von Düngemitteln und häufiger Mahd zu einem Verlust der Pflanzendiversität. Dies bedingt eine geringere Stabilität des Ökosystems gegenüber Wetterextremen wie Trockenheit oder massiven Regenfällen, was wiederum eine Gefahr für die biologische Vielfalt auf höheren trophischen Ebenen (u.a. invertebrate Herbivore) und wichtige Ökosystem-Prozesse darstellt. In dieser Arbeit werden die direkten und indirekten Auswirkungen verschiedenen Bewirtschaftungsintensitäten in Kombination mit manipulierter Vegetationszusammensetzung innerhalb eines Grasland Management Experimentes (GrassMan) in der Nähe der Norddeutschen Städte Neuhaus und Silberborn im Solling untersucht. Zwei Mahdfrequenzen (1x; 3x), zwei Düngungsintensitäten (keine Düngung; NPK Düngung) und drei unterschiedlich manipulierte Grasnarben (Gräser reduziert, Kräuter reduziert & nicht manipuliert) ergaben zwölf verschiedene Behandlungskombinationen, welche jeweils sechs Mal repliziert wurden. Auf den daraus resultierenden 72 Parzellen (jeweils 15 m mal 15 m) wurden die Auswirkungen von Pflanzendiversität, Mahdhäufigkeit und Düngung auf die Produktivität, den Stickstoffhaushalt, trophische Interaktionen und deren Wechselwirkungen im Grasland untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt darauf, die Auswirkungen landwirtschaftlicher Intensivierung, reduzierter Artenvielfalt sowie Verschiebungen in der Zusammensetzung der Grasnarbe auf Pflanze-Insekt- Interaktionen zu untersuchen. Im zweiten Kapitel wird gezeigt, dass über den Versuchszeitraum die Pflanzenbiodiversität keinen signifikanten Einfluss auf die oberirdische Biomasse- Produktion hatte. Die Grasnarbenzusammensetzung hatte lediglich große Auswirkungen auf die oberirdische Biomasse-Produktion, wenn in einem Jahr noch vor dem Erreichen der maximalen oberirdischen Biomasse extrem trockene Witterung auftrat. In solchen Jahren produzierten Parzellen mit natürlicher Artenzusammensetzung größere Erträge als manipulierte Flächen. Während eine höhere Bewirtschaftungsintensität zu einem Anstieg der oberirdischen Biomasse führte, war keine signifikante Veränderung der Pflanzenartenzahl über den Untersuchungszeitraum zu verzeichnen. Höhere Mahdfrequenz führte dagegen zu einer erhöhten Pflanzenartenanzahl im Vergleich zu der am Beginn der Experimente. Die bestehende Artenzusammensetzung in dem naturnahen Grünland (ohne Manipulation), war sehr robust und vier Jahre nach dem Manipulieren zeigten die verschiedenen Grasnarben fast keine Unterschiede mehr in der Zusammensetzung von Gräsern, Kräutern und Leguminosen. Ein größerer Anteil von Gräsern war typisch für gedüngte Parzellen und größere Anteile von Kräutern waren eine typische Folge von häufigerem Mähen. Durch Düngung wurde der Anteil von Leguminosen reduziert, allerdings wurden auch zum Ende des Experimentes noch in fast allen Parzellen Leguminosen gefunden. In Kapitel drei werden die starken Auswirkungen der landwirtschaftlichen Intensivierung sowie Pflanzendiversität und Artenzusammensetzung auf die Abundanz von Nacktschnecken gezeigt. Die Schneckenabundanz war höher auf den Parzellen mit einer niedrigen Mahdhäufigkeit und hoher Verfügbarkeit von bevorzugten Nahrungsressourcen. Die Abnahme der Schneckenabundanz durch eine höhere Mahdfrequenz war in den Parzellen mit natürlicher Vegetation am geringsten. Dies könnte ein Beleg dafür sein, dass sich Störungen auf Invertebrate (z. B. durch Mahd oder Beweidung) in natürlicherer Vegetation weniger stark auswirken. In Kapitel vier werden die Einflüsse von Pflanzenbiodiversität, Zusammensetzung der funktionellen Gruppen und der Nutzungsintensität auf Zikaden untersucht. Eine häufigere Mahd bedingte eine niedrigere Artenzahl an Zikaden. Düngung hatte nur indirekt - aufgrund von gegenläufigen Effekten auf die oberirdische Biomasse, Diversität und Zusammensetzung der Vegetation - einen marginal negativen Effekt auf die Zikadendiversität. Zikadendiversität profitierte von einer von Gras dominierten Vegetation, sowie von einer höheren Pflanzendiversität, welche ihrerseits durch Manipulation der Grasnarbe und das Grasland-Management beeinflusst wurde. In Kapitel fünf wird gezeigt, dass erhöhter Herbivoriedruck mit den anderen experimentellen Behandlungen (Mahdhäufigkeit, Düngung und Manipulation der funktionellen Gruppen) interagiert und mehrere Vegetationsparameter und einige Komponenten des Stickstoffkreislaufs beeinflusst. Es stellte sich heraus, dass sowohl Grasland-Management als auch invertebrate Herbivoren die Produktivität und den Stickstoffhaushalt beeinflussen und einen stärkeren Einfluss haben als die Vegetationszusammensetzung. Insgesamt wird mit dieser Versuchsreihe deutlich gemacht, dass Grasland- Management, Manipulation der Vegetationszusammensetzung und experimentell erhöhte Herbivorie einen direkten und indirekten Einfluss auf Produktivität, Zusammensetzung und Biodiversität der Vegetation sowie den Stickstoffhaushalt haben. Die Interaktionen zwischen Vegetation, Herbivoren und dem Stickstoffkreislauf werden mit zunehmender Anzahl wechselwirkender Faktoren zunehmend komplexer. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Erhöhung der Produktivität ohne Pflanzenartenverlust durch eine ausgereifte Management- Strategie ermöglicht wird. Schlussfolgerung Zusammenfassend wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Manipulation zu Gunsten krautiger Pflanzen einen positiven Effekt auf die gesamte Pflanzendiversität sowie auf die Abundanz von Schnecken hat. Außerdem kann nicht nur eine höhere Pflanzendiversität, sondern auch natürlichere Pflanzengesellschaften zu höheren Populationen von Invertebraten führen. Zikadendiversität profitiert von verschiedenen Faktoren – zum Einen indirekt von einer höheren Pflanzendiversität auf nährstoffarmen, krautdominierten Flächen, da diese eine größere Vielfalt and Nahrungsressourcen für spezialisierte Arten bieten. Ebenso war die Zikadendiversität positiv von einem höheren Grasanteil an der Vegetation auf gedüngten Flächen mit niedrigerer Pflanzenbiodiversität beeinflusst, da Gräser die bevorzugte Nahrungsquelle für viele der gefundenen Zikadenarten mit einem eher generalistischen Nahrungsspektrum waren. Grasland-Management und Herbivorie haben insgesamt einen wesentlich stärkeren Einfluss auf den Stickstoffhaushalt als die Manipulation der Vegetationszusammensetzung, wobei Düngung der stärkste Faktor ist. Herbivore können den Stickstoffkreislauf durch einen höheren Eintrag von totem Pflanzenmaterial, Wurzelexsudaten und durch Ausscheidungen beschleunigen. Dieser Eintrag von Nährstoffen hat folglich positiven Einfluss auf den Bodenstickstoffgehalt (NH4 , NO3 ) und auf Stickstoffflussraten (Mineralisierung, Nitrifikation, N2O). Neben dem starken Einfluss von Düngung auf den Stickstoffkreislauf können die Emissionen von N2O, einem wichtigen Treibhausgas, auch innerhalb eines kurzen Zeitraums durch starke Herbivorie zunehmen. Somit könnte ein steigender Nährstoffeintrag durch Düngung in Kombination mit erhöhter Herbivorie zu einer Erhöhung von N 2 O-Emissionen im Grasland führen. Dieser additive Effekt könnte dann zur globalen Erwärmung beitragen

On-Chip Continuous Flow Interaction Studies Of DNA and Protein Complexed DNA

Everwand M, Anselmetti D, Regtmeier J. On-Chip Continuous Flow Interaction Studies Of DNA and Protein Complexed DNA. In: Proceedings of Fourteenth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (µTAS 2010). Groningen, The Netherlands: The Chemical and Biological Microsystems Society (CBMS); 2010: 19-21

From commodity to customer value : the transition from a production-oriented to a market-oriented European dairy industry

The European food industry has been regulated for a long time. Since the 1960s, the European market has been protected from imports by relatively high taxes. Companies in Europe therefore never had to fear real competition from outside the Union in their domestic markets. This changed, when, due to WTO negotiations, markets had to be more deregulated. Facing international competition, within the European food industry the concentration increased, leading to unified, oligopolistic markets. Trying to realise scale and scope effects, companies adopted growth strategies both within their national and international markets. Although scale and scope effects are still important, the focus to increase profitability and secure company survival is differentiation, or the creation of customer value in products and brands. Using such terms as 'demand-driven chains and networks', 'turning around chains', 'consumer orientation', 'customer orientation' or 'market orientation', a transition seems to take place from production-oriented to market-oriented firms and systems in agribusiness. The objective of this report is to increase our insights in the transition to marketoriented agribusiness. We develop this model from a theoretical perspective, building on industry evolution and punctuated equilibrium theory, as well as Tedlow's development model for marketing. We test this model and improve it by conducting a multiple, holistic case study in the dairy industry. The transition from production-oriented to market-oriented happened relatively recent in dairy, and its impact has been relatively dramatic. Within the European dairy industry, we compare two cases, i.e. Friesland Foods and Nordmilch. Overall, our cases provide support for the model. Both companies moved from a more fragmented industry structure, to a phase in which they increased scale and scope, and subsequently recognised the creation of customer value as a new key success factor (although Friesland was more able to respond to that than Nordmilch). An important exception is that our results also show that Friesland has throughout its history been an international company. The fact that Friesland (and some other European dairy firms) have operated in an international environment throughout its history and thereby learning from multinationals like Unilever and Nestlé that were encountered in the market, has influenced its mode of learning, development of marketing capabilities and brands, and contributes to the industry transition from production-oriented to market-oriented as a whole. To arrive at where it is now, Friesland adopted a pattern of continuous change early in its existence. Its brands, market positions abroad and marketing capabilities were gradually developed in a step-by-step manner. This contrasts strongly with the pattern of change we found at Nordmilch: for a long time it was successful with the strategy it had, due to its large domestic market and defining itself as a German rather than a European dairy firm, it could continue this strategy without being too much bothered by the changing environment of the European dairy industry. Once it received signals that the strategy was no longer feasible in the business environment (like a historically low milk price and the 10 entrance of a new competitor, Campina), it went through a transformation in which leadership, power structure, organisational structure, business unit strategy and core values and beliefs changed. These findings suggest that in order to become a company at the forefront of the industry, continuous change is a requirement rather than an advantage. Punctuated change leaves companies with the remaining strategic options in the industry, whereas companies that are also changing in a punctuated fashion but respond relatively late, are the ones that are absorbed by the others searching for scale advantages. On the basis of these results, implications are drawn for the dairy industry and extensions are drawn for other industries

Effects of Constant Load Operations on Platinum Bands Formation and Cathode Degradation in High-Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cells

In this paper, Pt bands and cathode degradation are investigated in polybenzimidazole (PBI) membrane-based high-temperature polymer electrolyte fuel cells (HT-PEFC). A focused ion beam/scanning electron microscopy (FIB/SEM) system was used to characterize the cross-section morphologies of membrane electrode assemblies (MEA). A Pt band is observed in the FIB/SEM images of the MEA activated by a common break-in procedure (at 200 mA cm−2 for 70 h). Then, an identical MEA was subjected to an aging process that included static holding at 200 mA cm−2 for 100 h and an open circuit voltage (OCV) operation for another 100 h. FIB/SEM images of the aged MEA show that the band formed during the break-in procedure is strengthened. Moreover, a second Pt band is observed closer to the membrane/cathode interface, which is due to the increase of hydrogen crossover caused by membrane thinning during the OCV hold test. In situ electrochemical measurements show that the cell’s performance loss due to the formation of the Pt band during cell operation at 200 mA cm−2 is negligible. The decrease of cell performance is mainly attributed to the loss of electrochemically active surface area and membrane degradation during the OCV hold test

Study of Complete Methanol Depletion in Direct Methanol Fuel Cells

The aim of this study is to gain a deeper and more detailed insight into the corrosion processes during complete methanol depletion under direct methanol fuel cell operation. Three characteristic, consecutive phases during methanol depletion have been identified, with oxygen evolution and carbon corrosion as dominating anode reactions. Irreversible aging of membrane electrode assemblies is caused by corrosion of Ru and the carbon support of the anode catalyst layers. The latter process leads to an irreversible performance loss up to 84%, an active surface loss up to 62% and a thinning of the anode catalyst layer. For a better understanding of the aging processes, an anode impedance analysis was carried out using a transmission line model based on primary & secondary pores. The fitting analysis revealed a strong increase of the resistances associated with processes in the anode catalyst layer, including methanol oxidation kinetics, proton conductivity and mass transport. Impedance data and pore size distributions show a particularly strong degradation of (small) primary pores in the last phase of methanol depletion, suggesting a degradation process starting in the larger pores and continuing in the smaller pores

Performance enhancement of PEM electrolyzers through iridium-coated titanium porous transport layers

Titanium-based porous transport layers (PTL) used in polymer electrolyte membrane (PEM) water electrolyzers suffer from surface passivation (titanium oxidation), which increases the interface resistance between the PTL and electrode. For long-term operation, PTLs are typically coated with considerable amounts of platinum or gold to ensure reasonable performance profiles over time. Moreover, it is well known that the oxide forms of platinum and gold are not stable under electrolysis conditions. In this study, an easy and scalable method is introduced to protect the titanium PTL from passivation by sputtering very thin layers of iridium onto commercially-available titanium PTLs. The iridium layer reduces the overall ohmic resistance of the PTL/catalyst layer interface and improves the cell's performance to that achieved with carbon-based PTLs. The coating process homogeneously deposited iridium throughout the inner structure of the PTL. The findings of this study may lead to the use of iridium as a protective layer for titanium PTLs, potentially enable operation at increased cell voltages and lead to increased electrolyzer durability

all data

Above and belowground biomass of rumex plants collected from rabbit exclusion plots at Silwood Park England and grown in a common garden (greenhouse) with one tab for all plant data and another for plot means (for regressions). A tab for plant oxalate concentration data measured using phtoteospectometry. Another tab for plant tannin concentration. Finally, another tab for biomass of oenothera (our competitor)