Impact of perennial and anual crops on arthropod communities – dynamics and driving forces within agro – ecosystems

Untersuchungen mit Bodenfallen zum Einfluss der Kulturarten auf die Dynamik von Arthropodengesellschaften werden vorgestellt. Sie betreffen vier perennierende Kulturen (extensives Grünland, Chinaschilf und die Baum­arten Pappel und Weide) sowie die Wintergerste als annu­elle Frucht. Die Kulturarten prägten die Diversität (Shannon-Weaver-Index) der Arthropodengesellschaften, wobei die Diversität der Baumkulturen statistisch meist von der Diversität in den Ackerbaukulturen unterschieden war. Dieser Befund war auf zeitliche Änderungen im Artenbestand (Artenidentität) sowie der Arten­dominanz (Dominanzidentität) zurück zu führen und belegt eine hohe Dynamik des Arthropodenauftretens inner­halb und zwischen den Kulturen. Über die Kultur­arten werden zeitlich und örtlich getrennte Teilpopula­tionen ausgebildet. Mögliche Triebkräfte für die Anpassung der Arthropodengesellschaften an die Fruchtarten wurden über die Erfassung des Energiestatus der Anbau­systeme analysiert. Grundlage waren Bewirtschaftungsdaten, die Pflanzenerträge sowie begleitende Informationen zum Anfall von Biomasse. Die Kennzahl „landwirtschaftlicher Energiegewinn“ fasst diese Einflüsse auf energetischer Ebene zusammen. Der Rückfluss von Biomasse in das Anbausystem wurde als „ökosystemarer Energiegewinn“ beschrieben. Beide Parameter beschreiben das Auftreten der Arthropoden in den Kulturen. Ansteigender landwirtschaftlicher Energiegewinn wirkte sich negativ aus, ökosystemarer Energiegewinn bewirkte das Gegenteil. Weiterhin konnte eine Zuordnung der Arthro­poden in funktionale Gruppen die Arten- und Dominanz­unterschiede der Arthropodengemeinschaften in den Kulturen erklären. Sie beruhen auf der Notwendigkeit der Energiedissipation und berühren den Energiefluss über die Trophiestufen. Die Stellung der Arthropodenarten im Nahrungsnetz wird modifiziert. Aus den Befunden ist ersichtlich, dass Energie basierte Daten Hinweise auf den Biodiversitätsstatus der Anbausysteme geben. Sie können Grundlage für die Ableitung indirekter Status- und Wirkungsindikatoren sein. Daneben fördern die Befunde das Verständnis über Ökosystemprozesse und zu den Inhalten des Begriffes „Intensität“ im Kontext der Bewertung ökologischer Nachhaltigkeit.Investigations with pitfall traps into the influence of crop species on the dynamics of arthropod communities are presented. They included four perennial crops (extensive grassland, miscanthus and poplar and willow tree species) as well as winter barley as annual crop. The cultivars determined the diversity (Shannon-Weaver-Index) of arthropod communities, whereby the diversity of the tree species was mostly statistically different from the diver­sity in agricultural crops. This finding was due to temporal changes in the species stock (species identity) and the species dominance (dominance identity) and demonstrates high dynamics of arthropod presence within and between crops. The crop species lead to tempo­rally and locally separated metapopulations. Possible driving forces stimulating the adaptation of arthropod communities to crops were analyzed by recording the energy status of the cropping systems. It was based on management data, plant yields and accompanying information about biomass accumulation. The term “agricultural energy gain” summarizes these influences on the energy level. The return of biomass to the cultivation system was described as “ecosystem energy gain”. Both para­meters elucidate the arthropod presence within the crops. Increasing agricultural energy gain was negatively related in contrast to the energy gain of the entire eco­system. Furthermore, the splitting of arthropods into functional groups helped to explain the species and dominance variation of arthropod communities between crops. This is based on the need for energy dissipation and influences the energy flow across trophic levels. The position of arthropod species within the food web gets modified. The results show that energy-based data serve to evaluate the biodiversity status of cropping systems. They can be the basis for derivation of indirect status or impact indicators. In addition, the findings promote the understanding of ecosystem processes and the meaning of “intensity” in the context of ecologically sustainable land use

Kann die aggregierte Gesamtplanung so modifiziert werden, dass das Planungsergebnis dem der Hauptproduktionsprogrammplanung entspricht?

V tomto příspěvku je pomocí případové studie zdůrazněn význam plánování programu hlavní produkce pro hierarchické plánování produkce. Je učiněn pokus o zlepšení výsledku agregovaného celkového plánování změnou jednotlivých parametrů tak, aby to odpovídalo výsledku plánování programu hlavní produkce. V rámci šetření se tak docílilo některých zlepšení jednotlivých situací plánování, avšak obecné řešení se ještě nepodařilo nalézt. Zvláště použití vhodného faktoru k redukci kapacity ve spojení se zohledněním průběhu vede ke zlepšení výsledku. Při plánování více produktů je však těžké najít vhodný faktor pro redukci kapacity, protože ten je odvislý od poptávky.W niniejszym opracowaniu na podstawie studium przypadku wskazano znaczenie planowania programu głównej produkcji w hierarchicznym planowaniu produkcji. Podjęto próbę poprawienia wyniku zagregowanego ogólnego planowania poprzez zmianę poszczególnych parametrów, by odpowiadało to wynikowi planowania programu głównej produkcji. W ramach przeprowadzonych badań osiągnięto pewne udoskonalenia poszczególnych sytuacji planowania, jednak nie udało się na razie znaleźć kompleksowego rozwiązania. Wynik poprawia w szczególności zastosowanie odpowiedniego czynnika do zmniejszenia wielkości w połączeniu z uwzględnieniem przebiegu. Podczas planowania kilku produktów trudno jednak znaleźć odpowiedni czynnik do zmniejszenia wielkości, ponieważ zależny jest on od popytu.In this paper, the significance of master production scheduling (MPS) for hierarchical production planning should be brought out. Therefore, several modifications of aggregate production planning (APP) are made and realization of the planning results of APP and MPS are compared. The goal is to improve the realization of APP in such a way that the realization is as good as the realization of MPS. Improvements for individual planning situations could be achieved, but no general solution could be found. Especially the use of a suitable capacity reduction factor (CRF) combined with the consideration of lead time leads to an improvement of the solution. However, finding a suitable CRF for more than one product is difficult. This usually depends on the underlying demand profile and must be re-determined for each constellation.In diesem Beitrag wird anhand einer Fallstudie die Bedeutung der Hauptproduktionsprogrammplanung (HPPLAN) für die hierarchische Produktionsplanung herausgearbeitet werden. Dazu wird versucht das Ergebnis der aggregierten Gesamtplanung (AGGRPLAN) durch Veränderung einzelner Paramater so zu verbessern, dass es dem Ergebnis der HPPLAN entspricht. Im Rahmen der Untersuchungen konnten dabei Verbesserungen für einzelne Planungssituationen erzielt werden, eine generelle Lösung konnte jedoch nicht gefunden werden. Insbesondere der Einsatz eines geeigneten Kapazitätsreduktionsfaktors in Verbindung mit der Berücksichtigung der Durchlaufzeit führt zu einer Verbesserung der Lösung. Bei der Planung von mehr als einem Produkt ist allerdings schwierig einen geeigneten Kapazitätsreduktionsfaktor zu finden, da dieser abhängig von der Nachfrage ist

Investigations on DNA intercalation and surface binding by SYBR Green I, its structure determination and methodological implications

The detection of double-stranded (ds) DNA by SYBR Green I (SG) is important in many molecular biology methods including gel electrophoresis, dsDNA quantification in solution and real-time PCR. Biophysical studies at defined dye/base pair ratios (dbprs) were used to determine the structure–property relationships that affect methods applying SG. These studies revealed the occurrence of intercalation, followed by surface binding at dbprs above ∼0.15. Only the latter led to a significant increase in fluorescence. Studies with poly(dA) · poly(dT) and poly(dG) · poly(dC) homopolymers showed sequence-specific binding of SG. Also, salts had a marked impact on SG fluorescence. We also noted binding of SG to single-stranded (ss) DNA, although SG/ssDNA fluorescence was at least ∼11-fold lower than with dsDNA. To perform these studies, we determined the structure of SG by mass spectrometry and NMR analysis to be [2-[N-(3-dimethylaminopropyl)-N-propylamino]-4-[2,3-dihydro-3-methyl-(benzo-1,3-thiazol-2-yl)-methylidene]-1-phenyl-quinolinium]. For comparison, the structure of PicoGreen (PG) was also determined and is [2-[N-bis-(3-dimethylaminopropyl)-amino]-4-[2,3-dihydro-3-methyl-(benzo-1,3-thiazol-2-yl)-methylidene]-1-phenyl-quinolinium](+). These structure–property relationships help in the design of methods that use SG, in particular dsDNA quantification in solution and real-time PCR

Mechanisms underlying the impact of humic acids on DNA quantification by SYBR Green I and consequences for the analysis of soils and aquatic sediments

DNA quantification of soils and sediments is useful for the investigation of microbial communities and for the acquisition of their genomes that are exploited for the production of natural products. However, in such samples DNA quantification is impaired by humic acids (HA). Due to its lack of specificity and sensitivity, UV spectrophotometry cannot be applied. Consequently, fluorimetric assays applying Hoechst (H) 33258 or PicoGreen (PG) are used. Here, we investigated the SYBR Green I (SG) assay, which was also affected by HA, but was found to be 25- and 1.7-fold more sensitive compared to the H 33258 and PG assays, respectively. Spectrophotometric, fluorimetric and quenching studies as well as gel mobility shift assays suggested that the effect of HA on the SG assay was based on an inner filter effect, collisional quenching and binding of SG to HA. As to the latter finding, the standard 6250-fold dilution of the SG reagent was optimised to a 2000-fold dilution. Although the sensitivity of the optimised SG assay was reduced by a factor of 1.3, the interfering effect of HA could be reduced up to 22-fold. A significant reduction of HA interferences by lowering the pH of the assay was not observed. Finally, the performance of the modified SG assay and the corresponding evaluation methods were verified by the determination of DNA recoveries and concentrations of standards and environmental samples in comparison to the PG assay