Leistung und langfristige Wirkung auf Humus- und Nährstoffhaushalt verschie-dener Anbausysteme des ökologischen Landbau – Ergebnisse der 1. Rotation eines Dauerfeldversuches

The increased importance of organic farming in recent years, has led to a diversifica-tion of production systems. Since 1998 different farming systems were compared in a long-term field trial at the university of Halle-Wittenberg. The systems simulated either arable or mixed farming with various tillage treatments. In the first rotation the crop yields showed a clear response to the different farming systems. The balances of organic substances were mainly affected by the amount of organic fertilisers applied, whereas the nitrogen balance was influenced by the nitrogen fixation capacity of the clover-lucerne sward

Umweltwirkungen der Ernährung - Ökobilanzierung des Nahrungsmittelverbrauchs tierischer Produkte nach Gesellschaftsgruppen in Deutschland

Der Artikel stellt Ergebnisse einer attributiv-modularen Ökobilanzierung des Nahrungsmittelverbrauchs in Deutschland auf Basis konsistenter Umwelt- und Ernährungsdaten vor. Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Umweltrelevanz des Agrar- und Ernährungssektors wird mit den Ergebnissen einerseits ein Beitrag zur Quantifizierung der entsprechenden Umweltwirkungen geleistet, andererseits wird der gesellschaftlich heterogene Nahrungsmittelkonsum zum Gegenstand der ökobilanziellen Betrachtung gemacht. Referenzjahr der Untersuchung ist das Jahr 2006. Als Datengrundlage dienen neben repräsentativen Verbrauchs- und Verzehrsstatistiken Umweltdaten der Agrar- und Ernährungswirtschaft, die einen top-down-Ansatz im Rahmen der Untersuchung ermöglichen. Mittels der Methode einer attributiv-modularen Ökobilanz (bzw. Lebenszyklusanalyse) nach ISO-Norm 14040/14044 wurden folgende Nahrungsmittel nach den soziodemographischen Parametern Geschlecht und Alter untersucht: Fleisch-, Milch-, Ei- sowie Fischprodukte. Analysiert wurden folgende Umweltindikatoren: Treibhausgas- und Ammoniakemissionen, Flächenbedarf. Die betrachtete Prozesskette erschließt sich von der landwirtschaftlichen Produktion bis zum Verkauf der Produkte an den Endverbraucher (from cradle to store). Die Ergebnisse zeigen hinsichtlich der untersuchten Umweltwirkungskategorien eine starke Variation bezüglich des Geschlechts. Der altersgruppen- und geschlechtsspezifische Vergleich mit den offiziellen Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) zeigt große Einsparpotentiale. Werden die qualitativ und quantitativ verschiedenen Verbrauchsmuster tierischer Produkte der Männer und Frauen rein quantitativ aneinander angepasst (nivelliert), so zieht das Verbrauchsprofil der Männer weiterhin höhere CO2e- (+14%) und Ammoniakemission (+12%) nach sich. Der Flächenbedarf ist um 13% erhöht. Dieser überproportionale Überschuss in den untersuchten Umwelteffekten der Ernährung der Männer ist maßgeblich auf einen höheren Anteil umweltintensiverer Nahrungsmittel wie Fleisch- und Wurstprodukte sowie von Butter im Verbrauchsmuster zurückzuführen. Durch eine qualitative Anpassung des männlichen Verbrauchsprofils tierischer Produkte an das typische Verbrauchsprofil der Frauen ließen sich demnach bundesweit 7,5 Mt CO2e- und 26,8 kt Ammoniakemission jährlich einsparen. 7.672 km² landwirtschaftliche genutzte Fläche würde freigesetzt und stünde für andere Verwendungen zur Verfügung. Im Vergleich zu den offiziellen Ernährungsempfehlungen der DGE wären die zu erreichenden Einsparpotentiale noch größer: unter Maßgabe einer ausgewogenen Versorgung der Bevölkerung mit essentiellen Nährstoffen könnten durch die bundesweite Anpassung an die DGEEmpfehlungen Einsparungen in Höhe von 24,8 Mt CO2e- und 99,0 kt Ammoniakemissionen erzielt werden. An landwirtschaftlicher Fläche würden 26.776 km² freigesetzt, die für andere Zwecke zur Verfügung stünden. The article presents the results of an attributional LCA (life cycle assessment) of the consumption of animal-based foods in Germany based on consistent agro-environmental and nutritional data. Due to the increasing environmental relevance of the agri-food sector the project was launched (i) to quantify related impacts ´from cradle to store´ and (ii) to include the socio-demographic factors gender and age in the light of official nutrition recommendations in the assessment. Reference year of the study is the year 2006. The representative data sets in the study used (LEIP et al. 2010, vTI 2011, MRI 2008, Institute of applied Ecology 2010) allowed a top-down-approach within the analysis. The attributional LCA was conducted in line with the ISO standard 14040/14044. The following food groups have been analysed and their impacts have been compared among each other: meat-, milk-, egg- and fish-products. The analysed impact indicators were: greenhouse gas emissions (GHG) & ammonia emissions, land usage. The results show strong variation between the genders and significant saving potentials due to official nutrition recommendations. Even if the physiologically different consumption patterns of animal-based foods among men and women are leveled, men show are higher impact for all analysed impact indicators (GHG +14%, ammonia +12%, land usage +13%). This net CO2e, ammonia and land surplus is mainly derived by a higher share of meat products, meat and butter in the usual diet of men. If men would shift qualitatively to the usual diet of women with a lesser share of environmental intensive animal products 7,5 Mt CO2e, 26,8 kt ammonia emissions could be saved yearly and 7.672 km² agricultural land could be set free. Due to the official nutrition recommendations the savings are even higher: in accordance with a balanced supply of essential nutrients 24,8 Mt CO2e and 99,0 kt ammonia emissions could be saved yearly. 26.776 km² of agricultural land would be usable in another manner.Input-Output-Analyse, attributional LCA, CAPRI, Nationale Verzehrsstudie II, dLUC/LU, Food Consumption/Nutrition/Food Safety,

Automatic code generation and tuning for stencil kernels on modern shared memory architectures

In this paper, we present Patus, a code generation and auto-tuning framework for stencil computations targeted at multi- and manycore processors, such as multicore CPUs and graphics processing units. Patus, which stands for "Parallel Autotuned Stencils,” generates a compute kernel from a specification of the stencil operation and a strategy which describes the parallelization and optimization to be applied, and leverages the autotuning methodology to optimize strategy-specific parameters for the given hardware architectur

Zusammenhänge zwischen Bodenzahlen und Ertrag auf Ackerschlägen am Südostrand des Thüringer Beckens und Einflussfaktoren

Für 18 überwiegend heterogene Ackerschläge am Südostrand des Thüringer Beckens wurden geokodierte Ergebnisse der Bodenschätzung (speziell Bodenzahlen) auf der Grundlage von 30 x 30 m-Rasterzellen mit Ertragsdaten der Ertragskartierung am Mähdrescher aus den Erntejahren 2000 - 2008 zusammengeführt. Im Anschluss wurden die Zusammenhänge zwischen Bodenzahlen und Ernteertrag sowie der Einfluss der mittels Bodenzahlen zum Ausdruck gebrachten Bodeneigenschaften auf den örtlichen Ertrag korrelations- bzw. regressionsanalytisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammenhänge zwischen Bodenzahlen und Ernteertrag im Untersuchungsgebiet überwiegend positiv sind; hohe Erträge treten im Normalfall an Orten mit hohen Bodenzahlen, geringe Erträge an Orten mit niedrigen Bodenzahlen auf. Die Ausprägung der Zusammenhänge zwischen Bodenzahlen und Ertrag wird den Untersuchungsergebnissen zufolge durch die angebaute Fruchtart, den Witterungsverlauf bis zur Ernte sowie durch die Schlaggröße und -heterogenität mit beeinflusst. Der Einfluss der Bodenzahlen auf den örtlichen Ertrag verläuft nicht in allen Fällen linear; vielfach spiegelt sich das „Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs“ in den Ergebnissen wider. Für das Untersuchungsgebiet des vorliegenden Beitrages (< 600 mm Jahresniederschlag) kann zusammenfassend festgehalten werden, dass die Ergebnisse der Bodenschätzung (Bodenzahlen) die Ertragsverhältnisse innerhalb von Ackerschlägen im Großen und Ganzen zutreffend widerspiegeln und somit für entsprechende Anwendungen der Bodenschätzung beispielsweise im Pflanzenbau (z. B. Precision Farming, pflanzenbauliche Modellierung), im landwirtschaftlichen Grundstücksverkehr (z. B. Pacht- und Kaufpreisbemessung, Flurneuordnung) oder zur Besteuerung landwirtschaftlicher Betriebe eine verlässliche Grundlage bieten

Parallel scalable PDE-constrained optimization: antenna identification in hyperthermia cancer treatment planning

We present aPDE-constrained optimization algorithm which is designed for parallel scalability on distributed-memory architectures with thousands of cores. The method is based on aline-search interior-point algorithm for large-scale continuous optimization, it is matrix-free in that it does not require the factorization of derivative matrices. Instead, it uses anew parallel and robust iterative linear solver on distributed-memory architectures. We will show almost linear parallel scalability results for the complete optimization problem, which is anew emerging important biomedical application and is related to antenna identification in hyperthermia cancer treatment plannin

The influence of soil gravel content on compaction behaviour and pre-compression stress

AbstractMany arable soils have significant horizon-specific gravel content levels. Just how these influence compaction behaviour, and in particular precompression stress as an important criterion of a soil's susceptibility to compaction, has yet to be sufficiently clarified. This article is intended to contribute towards answering this question.Firstly, three different fine earths, from the “Clay”, “Silt Loam” and “Sandy Loam” soil texture classes were mixed with staggered proportions (0, 10, 20, 30, 40% by volume) of a quartz gravel (the shape of which was subrounded to rounded, average weighted diameter 6mm). Soil core samplers were filled with the mixtures at a typical density for a natural site. In the case of the 30% by volume variant only, in addition to the quartz gravel an angular to subangular limestone gravel with the same size graduation was also used. The tests were supplemented by 20 samples from a natural site; the gravel content of these varied between 0.1 and 23.5% by volume. All of the disturbed and natural samples were adjusted to a water content at a matric potential of −6kPa. Subsequently, an oedometer test was used to apply loads to them in stages (5–550kPa). Precompression stress was calculated using the resulting stress–bulk density functions.While fine earth bulk density remained constant, the staggered addition of quartz gravel led to an increase in the whole soil density after packing, and thus also to a vertical shift in overall stress–bulk density functions. However, the stress–density functions of the fine earth do show that the overall compaction of fine earth decreased as gravel content increased. In the case of low gravel content levels of no more than 10% by volume, the increase in precompression stress (log) in the disturbed samples was, on the whole, very low. In the disturbed samples, however, as gravel content increased precompression stress (log) increased exponentially. Contrary to this, a continuous linear increase in precompression stress (log) could be observed with increasing gravel content in the natural samples. The angular to subangular shape of the gravel only resulted in greater precompression stress (log) in the “Silt Loam”.At gravel-rich sites, gravel content influences soil compaction behaviour and precompression stress very strongly. For this reason, it is essential that it be considered when assessing such sites' risk of compaction damage

Einfluss von Mineral-, Rohgülle- und Gärrestdüngung auf ausgewählte Bodenparameter sowie Trockenmasseertrag von Mais (Zea mays)

In den letzten Jahren hat die Biogasbranche immer mehr an Bedeutung gewonnen. Durch die gesteigerte Produktivität hat sich auch die anfallende Gärrestmenge stetig erhöht.In einem Gefäßversuch zeigt sich, dass der pH-Wert sich nicht zwischen den unterschiedlichen Düngevarianten differenziert, wohl aber zwischen den bewachsenen und nicht mit Mais bewachsenen Varianten. Zudem weist die mikrobielle Biomasse nicht nur eine deutlich positive Wirkung des Bewuchses sondern auch der Düngerart auf. Die Trockenmasseerträge von Mais werden im Vergleich zur ungedüngten Variante durch alle Düngungsvarianten positiv beeinflusst

Einfluss von Biogasgärrückständen auf Abundanz und Biomasse von Lumbriciden

Die Novellierung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes im Jahr 2004 hat zu einem starken Anstieg der Zahl an Biogasanlagen beigetragen. Die entstehenden Fermentationsrückstände werden als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt. Die Ausbringung von Biogasgärrückständen und Rohgülle wirkt sich an den Standorten Cunnersdorf und Pfahlheim insgesamt positiv auf die Abundanz und Bio-asse der Lumbriciden aus. Die Artenzu-sammensetzung wird maßgeblich durch die Applikation von Biogasgärrückständen beeinfluss

Investigations of the energy efficiency of integrated and organic farming in a long-term field trial on a loamy sand soil

Im Mittel des betrachteten Zeitraums war der Verbrauch fossiler Energie im Ökologischen Landbau (ÖL) um mehr als ein Drittel niedriger als im Integrierten Landbau (IL). Dies ist vorrangig mit dem Verzicht auf den Einsatz von Mineraldüngern im „ÖL“ zu erklären. Der Pflanzenschutzmitteleinsatz übte einen geringen Einfluss auf den Energieinput des „IL“ aus. Infolge der Ausschaltung schaderregerbedingter Ertragsverluste wurde die Energieeffizienz hierdurch jedoch deutlich verbessert. Der Energiegewinn war in der Variante mit situationsbezogener Pflanzenschutzmittelanwendung (100% HF) signifikant höher als im „ÖL“, wobei im Winterweizen größere Unterschiede als im Winterroggen auftraten. Demzufolge kann der Winterroggen unter den gegebenen Standort- und Klimabedingungen als gut geeignet für den Anbau in ökologisch bewirtschafteten Anbausystemen angesehen werden. Für die Energieintensität und das Output/Input-Verhältnis wurden im Gegensatz zum Energiegewinn häufig günstigere Werte im „ÖL“ im Vergleich zum „IL“ ermittelt. Hierbei waren die Unterschiede vor allem im Roggenanbau signifikant. Um eine aussagekräftige Beurteilung komplexer Anbausysteme im Hinblick auf deren Energieeffizienz vornehmen zu können, sind daher möglichst alle der drei genannten Energiebilanzindikatoren zu berücksichtigen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen zudem, dass Untersuchungen zur Energieeffizienz unterschiedlicher Anbausysteme möglichst auf Frucht­folge­ebene und unter Berücksichtigung der Langzeit­effekte von Bewirtschaftungsmaßnahmen erfolgen sollten. Ferner zeigte sich, dass eine ausgewogene Frucht­folgegestaltung sowie die Auswahl von gut an die Standortbedingungen und das Anbausystem angepassten Fruchtarten und Sorten von höchster Bedeutung für die Ertragsleistungen und die Energiebilanz des jeweiligen landwirtschaftlichen Systems sind.On average of the period investigated, fossil energy use was lower by more than one third in organic farming (OF) compared with integrated farming (IF). This is predominantly due to not applying mineral fertilisers in OF while using in IF. The fossil energy consumption by using pesticides in IF was comparatively low. Moreover, due to smaller yield losses caused by weeds, diseases or pest infestation, energy efficiency was higher owing to pesticide use. Energy gain was significantly higher in the treatment with situation-related pesticide use (100% HF) compared with OF, whilst differences were greater in winter wheat cropping compared to winter rye cropping. Accordingly, winter rye is regarded to be an appropriate crop for organic farming systems under comparable climatic and site conditions. Energy intensity as well as output/input ratio were predominantly better in OF compared with IF, while significant differences were particularly found in winter rye cropping. In order to meaningfully assess complex cropping systems with respect to their energy efficiency, hence, all three energy balance indicators mentioned should be regarded. Furthermore, the results presented in this paper indicate that investigations on the energy efficiency of different cropping systems should only be proceeded on the level of the crop rotation by taking into account long-term effects of different husbandry. The given results show, moreover, that a balanced crop rotation and crops or varieties being well-adapted to the given site-conditions, are of utmost importance in regard to the yield potential or the energy balance of the respective cropping system

Entwicklung eines mechanistischen Modells zur Simulation der frost-bedingten N2O Emission aus Böden - Implementierung einer verzögerten N2O-Reduktase-Aktivität

In dieser Arbeit ist ein einfaches Modell entwickelt worden, das sowohl eine voll-ständige Denitrifikation simulieren, aber auch auf die Einflüsse, die ein Froster-eignis mit sich bringt, reagieren kann. Die Implementierung der verzögerten Aktivität der N2O-Reduktase war in diesem Modell ein neuer Ansatz