Phänologie und Wachstum von Pappeln und Weiden im Kurzumtrieb bei Zugabe von biologisch geklärtem Abwasser und standortshydrologischen Bedingungen der Thüringer Ackerebene

Due to renewable production of woody biomass, Short Rotation Coppices (SRC) are suitable for energetic and material utilization. Compared to conventional arable crops, SRC consume more water and therefore, sufficient water supply is mandatory in order to protect the yield of woody biomass. In previous studies, an increment of woody biomass in SRC due to the irrigation with clear water and sewage sludge was proved. The effect of biologically treated wastewater on the growth of SRC is, however, largely unknown. The objective of this study is to investigate this effect. Experimental plots were established in the lowland of Thuringia to carry out field recordings and irrigations which were adapted to site conditions. The utilization of biologically treated wastewater enables the use of an additional water resource without consuming fresh water sources. The investigations serve to test the following hypotheses: The production of higher yields of biomass - divided into woody and leafy biomass - is assumed at the irrigated plots compared to the non- irrigated plots. Older and groundwater- influenced plots show a higher biomass production as the younger and groundwater- distant plots. The use of biologically treated wastewater in addition prolongs the growing season. That means that foliation time commences earlier and leaf fall is delayed. The different sites located in the Thuringian lowlands which were investigated show high site quality indexes, however, they also belong to one of the driest regions of Germany due to their low precipitation. The subject of investigation was to determine the additional amount of biologically treated wastewater required to create optimum conditions in soil water supply for plant growth. The irrigation measures and meteorological field recordings were implemented at different sites of up to six years old poplar and willow plantations. The irrigation requirements of the plots were determined based on a water budget model (ZEPHYR). Dependent on weather, soil and growth conditions the time and quantity of irrigation were calculated. The biologically treated wastewater was irrigated at the plots using a tank wagon in combination with a pipe system and connected water meter. The wastewater transfer within the plot was carried out by means of furrow irrigation. The main focus of the investigations was to determine the annual net primary production divided into woody and leafy biomass and the intra- annual trend of growth of irrigated and non- irrigated poplars and willows in dependence of age and soil water supply. For that purpose, measurements of woody biomass, phenological observations and measurements of water balance values on groundwater- influenced and groundwater- distant sites were carried out during vegetation time. Moreover, following each period of vegetation, the increment of woody biomass of the investigation plots was estimated due to complete recordings. It was possible to model the increment of woody biomass of poplar and willow plantations dependent on age and soil water supply based on measured data. The irrigation with biologically treated wastewater shows positive effects in production of woody biomass at both, groundwater- distant and slightly groundwater- influenced plots. Irrigated trees show a higher leafy and woody biomass than non- irrigated. No effects of irrigation were detected at strongly groundwater- influenced plots. On all investigation plots, the poplars produce more woody biomass as the willows. The older trees produce more woody biomass than the younger ones. The intra- annual trend of growth at the plots close to the groundwater is not influenced by the additional irrigation. At groundwater- distant plots, an effect of temporal prolongation of vertical growth caused by irrigation could be established. The phenological observations show a differentiation of leaf fall. Irrigated and non- irrigated plots show a similar date of termination of leaf fall. However, the leaf fall begins later at irrigated plots than at non- irrigated. No effect on the trend of foliation caused by the utilization of biologically treated wastewater is established. An irrigation of SRC with biologically treated wastewater is suitable for an increment of yield at groundwater- distant sites provided that site conditions are taken into account. It is, however, only economically feasible under certain conditions such as for example short distances to the place where the biologically treated wastewater is discharged, or where existing wastewater reservoirs can be used. An irrigation of SRC in the immediate vicinity of a purification plant or the utilization of pre-existing reservoirs is conceivable as a means of decreasing costs of transportation, storage and irrigation while increasing yield.Kurzumtriebsplantagen (KUP) sind durch die regenerative Erzeugung einer hohen Dendromasse zur energetischen und stofflichen Verwertung gekennzeichnet. Aufgrund des im Vergleich zu konventionellen Ackerfrüchten höheren Wasserverbrauches muss eine ausreichende Wasserversorgung des jeweiligen Standortes für die Sicherung und Steigerung von Dendromasseerträgen in KUP gewährleistet sein. Eine Dendromasseerhöhung in KUP durch Zugabe von Klarwasser und Klärschlämmen wurde in früheren Untersuchungen nachgewiesen. Die Wirkung von biologisch geklärtem Abwasser auf das Wachstum von KUP ist dagegen weitgehend unbekannt. Die vorliegende Studie hat das Ziel, diese Wirkung zu untersuchen. In der Thüringer Ackerebene wurden Versuchsflächen eingerichtet, die neben den Feldaufnahmen auch eine standortangepasste Bewässerung zulässt. Die Verwendung von biologisch geklärtem Abwasser ermöglicht es, eine zusätzliche Wasserressource in Anspruch zu nehmen, ohne auf Frischwasserquellen zurückgreifen zu müssen. Die Untersuchungen sollten u. a. dazu dienen, folgende Hypothesen zu testen: Die Produktion höherer Biomasseerträge, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, wird bei den bewässerten Beständen im Vergleich zu den unbewässerten angenommen. Die älteren und grundwasserbeeinflussten Bestände weisen eine höhere Biomasseproduktion auf als die jüngeren und grundwasserfernen. Zusätzlich eingesetztes biologisch geklärtes Abwasser verlängert die Vegetationszeit. Das bedeutet, dass der Blattaustrieb früher beginnt und der Laubfall verzögert wird. Die verschiedenen untersuchten Standorte der Thüringer Ackerebene weisen zwar hohe Ackerzahlen auf, zählen jedoch hinsichtlich der Niederschläge zu einer der trockensten Region Deutschlands. Gegenstand der Untersuchungen war es, welche Zusatzmengen an biologisch geklärtem Abwasser für die verschiedenen Standorte notwendig waren, um optimale Verhältnisse in der Bodenwasserversorgung für das Pflanzenwachstum zu schaffen. Die Bewässerungsmaßnahmen und meteorologischen Feldaufnahmen wurden auf verschiedenen Standorten von bis zu sechsjährigen Pappel- und Weidenplantagen durchgeführt. Der Bewässerungsbedarf der Bestände wurde mit einem Wasserhaushaltsmodell („ZEPHYR“) ermittelt. In Abhängigkeit von der Witterung, dem Boden und der Pflanzenentwicklung wurden der Zeitpunkt und die Höhe der Bewässerungsmenge berechnet. Das biologisch geklärte Abwasser wurde durch einen Tankwagen in Kombination mit einem Rohrleitungssystem und angeschlossenem Wasserzähler (Wasseruhr) auf die Flächen ausgebracht. Die Abwassergabe innerhalb der Parzelle erfolgte als Furchenbewässerung. Schwerpunkt der Untersuchungen war die jährliche Ermittlung der Nettoprimärproduktion, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, und der innerjährliche Verlauf des Wachstums von bewässerten und unbewässerten Pappeln und Weiden in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung. Dazu wurden innerhalb der Vegetationsperioden Messungen der Bestandesdendromasse, phänologische Beobachtungen und Messungen von Wasserhaushaltsgrößen auf grundwasserbeeinflussten und grundwasserfernen Standorten durchgeführt. Zudem wurden nach jeder Vegetationsperiode die Zuwächse der Versuchsbestände durch Vollkluppungen geschätzt. Mit den gemessenen Daten war es möglich, die Dendromassezuwächse von Pappel- und Weiden-KUP in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung zu modellieren. Positive Ergebnisse durch die Bewässerung zeigen sich bezüglich der Dendromasseproduktion sowohl bei den grundwasserfernen als auch bei den leicht grundwasserbeeinflussten Beständen. Die bewässerten Bestände weisen eine größere Laub- und Dendromasse auf als die unbewässerten. Bei den stark grundwasserbeeinflussten Beständen sind keine Bewässerungseffekte nachzuweisen. Auf allen Versuchsflächen produzieren die Pappeln mehr Dendromasse als die Weiden. Die älteren Bestände bilden mehr Dendromasse als die jüngeren. Der innerjährliche Wachstumsverlauf wird bei grundwassernahen Beständen durch die Zusatzbewässerung nicht beeinflusst. Bei grundwasserfernen Standorten ist ein Bewässerungseffekt, der eine zeitliche Verlängerung des Höhenwachstums verursacht, festzustellen. Die phänologischen Beobachtungen zeigen eine Differenzierung des Laubfalles. Bewässerte und unbewässerte Bestände weisen ein ähnliches Datum der Beendigung des Laubfalles auf. Allerdings setzt der Laubfall bei den bewässerten Beständen später als bei den unbewässerten ein. Ein Einfluss der Zusatzbewässerung auf den Verlauf des Blattaustriebes wird nicht nachgewiesen. Eine Bewässerung von KUP mit biologisch geklärtem Abwasser ist unter Beachtung standörtlicher Voraussetzungen für eine Ertragssteigerung auf grundwasserfernen Standorten geeignet. Sie ist aber nur dann zu rechtfertigen, wenn betriebswirtschaftliche Rahmenbedingungen, wie z. B. kurze Entfernungen zum Ort der Ausbringung des biologisch geklärten Abwassers oder die Nutzung von bereits existierenden Abwasserspeichern, eingehalten werden. Denkbar wäre eine Bewässerung von KUP im direkten Umfeld einer Kläranlage oder die Nutzung bereits vorhandener Wasserspeicher, um die Transport-, Speicher- und Bewässerungskosten bei gleichzeitiger Ertragserhöhung zu senken

Cross-attention Spatio-temporal Context Transformer for Semantic Segmentation of Historical Maps

Historical maps provide useful spatio-temporal information on the Earth's surface before modern earth observation techniques came into being. To extract information from maps, neural networks, which gain wide popularity in recent years, have replaced hand-crafted map processing methods and tedious manual labor. However, aleatoric uncertainty, known as data-dependent uncertainty, inherent in the drawing/scanning/fading defects of the original map sheets and inadequate contexts when cropping maps into small tiles considering the memory limits of the training process, challenges the model to make correct predictions. As aleatoric uncertainty cannot be reduced even with more training data collected, we argue that complementary spatio-temporal contexts can be helpful. To achieve this, we propose a U-Net-based network that fuses spatio-temporal features with cross-attention transformers (U-SpaTem), aggregating information at a larger spatial range as well as through a temporal sequence of images. Our model achieves a better performance than other state-or-art models that use either temporal or spatial contexts. Compared with pure vision transformers, our model is more lightweight and effective. To the best of our knowledge, leveraging both spatial and temporal contexts have been rarely explored before in the segmentation task. Even though our application is on segmenting historical maps, we believe that the method can be transferred into other fields with similar problems like temporal sequences of satellite images. Our code is freely accessible at https://github.com/chenyizi086/wu.2023.sigspatial.git

RESPONSABILIDAD SOCIAL UNIVERSITARIA

Gestión de los impactos institucionales para contribuir al bienestar socialresponsabilidad, social, universitaria

Design of a forging process to individually examine thermal, mechanical and tribological stress in the tool surface zone

The surface layer of hot forging tools undergoes local microstructural changes due to high thermo-mechanical and tribological loads. Tools made of hot working steel are usually preheated and experience extreme heating and cooling during each forging cycle, affecting their local wear behaviour significantly. Therefore, the analysis of these tool surface layers in die forging and their effect on wear behaviour is of great importance. The microstructural changes in the tool surface layer mainly depend on thermal loads, which are highly influenced by the tool cooling system. A process and a suitable tool system are developed to vary the thermal and mechanical loads on the tool surface layer and fundamentally examine the resulting microstructural changes

Mercado de productos agrícolas ecológicos en Colombia

Colombia es un país cuya extensión de grandes territorios es apta para la agricultura y para la comercialización de productos agrícolas orgánicos o ecológicos. El presente artículo evidencia el desarrollo de la agricultura orgánica, la reglamentación establecida en el país y la dinámica tanto de la producción nacional como de la exportación y mercadeo de estos productos, en comparación con otros países; al mismo tiempo muestra las organizaciones avaladas para las certificaciones ecológicas. Se realizó la revisión de fuentes secundarias, analizando documentos emanados de organizaciones nacionales e internacionales tanto públicas como privadas especializadas en el tema. Se concluye que aún es incipiente la dinámica de producción, exportación y mercadeo de estos productos, existiendo oportunidades al encontrar mayor demanda por parte de los consumidores; sin embargo, se necesita el incremento de incentivos por parte del gobierno, además de la participación de las comunidades y de la empresa privada para que dinamicen los mercados orgánicos

Reconversión industrial en Colombia necesaria para la adecuada inserción en el mercado internacional

Con el cambio en el escenario económico en el esquema globalizado, algunos países lograron afrontar adecuadamente la mundialización de los mercados, usándola como una oportunidad para la expansión, sin embrago en economías como la colombiana la globalización trajo consigo retos competitivos a nivel industrial que no se pudieron afrontar adecuadamente; situación alarmante si se tiene en cuenta que la industria puede llegar a hacer un motor decrecimiento económico. En este contexto este artículo se cuestiona sobre la importancia de realizar una reconversión industrial en Colombia, dando lugar a la potenciación de las capacidades competitivas para generar encadenamientos productivos y jalonar el crecimiento económico. Además se plantea que aspectos como la modernización y la innovación en la industria, la formulación de las políticas que propicien una reconversión industrial, la capacidad institucional, la organización de sistemas productivos a nivel local y la infraestructura son cruciales en la evolución de la estructura industrial

Protein disulfide isomerase acts as an injury response signal that enhances fibrin generation via tissue factor activation

The activation of initiator protein tissue factor (TF) is likely to be a crucial step in the blood coagulation process, which leads to fibrin formation. The stimuli responsible for inducing TF activation are largely undefined. Here we show that the oxidoreductase protein disulfide isomerase (PDI) directly promotes TF-dependent fibrin production during thrombus formation in vivo. After endothelial denudation of mouse carotid arteries, PDI was released at the injury site from adherent platelets and disrupted vessel wall cells. Inhibition of PDI decreased TF-triggered fibrin formation in different in vivo murine models of thrombus formation, as determined by intravital fluorescence microscopy. PDI infusion increased — and, under conditions of decreased platelet adhesion, PDI inhibition reduced — fibrin generation at the injury site, indicating that PDI can directly initiate blood coagulation. In vitro, human platelet–secreted PDI contributed to the activation of cryptic TF on microvesicles (microparticles). Mass spectrometry analyses indicated that part of the extracellular cysteine 209 of TF was constitutively glutathionylated. Mixed disulfide formation contributed to maintaining TF in a state of low functionality. We propose that reduced PDI activates TF by isomerization of a mixed disulfide and a free thiol to an intramolecular disulfide. Our findings suggest that disulfide isomerases can act as injury response signals that trigger the activation of fibrin formation following vessel injury

Automatic Processing of Nasal Pressure Recordings to Derive Continuous Side-Selective Nasal Airflow and Conductance

Monitoring of nasal airflow and conductance provides crucial insights into the variable nature of the nasal resistance, nasal cycle, and ventilation. We have previously shown that tracking of pressure swings at the entrance of each nasal passage by a dedicated catheter system allows bilateral monitoring of nasal airflow over several hours but requires complex linearization and calibration procedures. Side-selective nasal conductance is derived from linearized and calibrated bilateral nasal pressure swings and corresponding driving pressure, i.e., the transnasal pressure difference derived from an epipharyngeal catheter. Manual analysis of such recordings and computation of instantaneous conductance as the ratio of flow to driving pressure over several hours is extremely tedious, time consuming, and therefore not suitable for routine practice. To address this point, we developed and validated a software for automatic processing of nasal and epipharyngeal pressure recordings as a convenient tool for studying the nasal ventilation. The software applies an eight-parameter logistic model to transform nasal pressure swings into side-selective estimates of airflow that are calibrated and further processed along with epipharyngeal pressure to compute bilateral nasal conductance over consecutive, user-selectable time-segments. Essential processing steps include (1) offset correction, (2) low-pass filtering, (3) cross-correlation, (4) cutting of signals into individual breaths, (5) normalization, (6) ensemble averaging to obtain a mean pressure signal for each nasal side, (7) derivation of airflow, conductance, and further variables. Among four evaluated algorithms for calculation of nasal conductance, the derivative of the airflow-pressure curve according to the mean value theorem agreed closest with the gold standard, i.e., the conductance derived from airflow measured by a pneumotachograph attached to an oral-nasal mask and transnasal pressure. In combination with the nasal catheter system, our novel software represents a valuable tool for use in clinical practice and research to conveniently investigate nasal ventilation and its changes occurring spontaneously or in response to various exposures and therapeutic interventions