Ökologischer Kreislauf Moorbad Harbach: Life Cycle Assessment (LCA) for Agricultural Plant Production and Transportation

In 1992 the community of Moorbad Harbach (Austria), located near the border of the Czech Republic and dominated by extensive agricultural practice on small scale farms, decided to initiate activities for regional devolopment. About 40 farms (27 %) converted to organic farming, a local marketing service as well as regional food processing businesses (slaughterhouse, dairy), operating as linkages between regional agriculture and the local spa hotel were founded. The basic idea for the work presented here was to evaluate the – especially ecological – consequences of such a regional conversion. One part of this attempt of evaluation was carried out as a LCA for the agricultural production in Moorbad Harbach. The emphasis of the study was to compare plant production before and after the regional conversion to organic farming. In another step changes in transportation distances and quantities with special regard to transport of raw milk and milk products were quantified

Plant biomass nitrogen and effects on the risk of nitrate leaching of intercrops under organic farming in Eastern Austria

Data on the potential of intercrops to reduce soil nitrate contents, on their N accumulation and biological nitrogen fixation (BNF) are lacking for organic farming in the dry, pannonic region of Eastern Austria. The effect of legumes, non-legumes, and legumes + non-legumes used as intercrops on inorganic soil nitrogen, crop yield and biomass N, and BNF were tested in comparison to bare fallow. Non-legumes and legumes + non-legumes were more efficient than legumes in reducing inorganic soil N contents in autumn and nitrate contents in soil solution from the subsoil in winter. This reduction in inorganic soil N did not last until March of the following year due to an N mineralisation from the mulch. The legume + non-legume mixture contained a larger amount of crop N than both legumes and non-legumes. This was due to the combined effect of soil-N uptake by the non-legumes and BNF by the legumes in the mixture

Vegetabile Handelsdünger zur Jungpflanzenanzucht von Arznei- und Gewürzpflanzen (Salbei, Salvia off.; Liebstöckel, Levisticum off.) im biologischen Landbau

Anwendung vegetabile Handelsdünger (Pilzbiomasse, Rizinusschrot, Kürbiskuchenmehl) zur Aufdüngung des Substrates in der Jungpflanzenanzucht im Biologischen Landbau. Geprüft wurde die Entwicklung der Arznei- und Gewürpflanzen Salbei (Salvia off.) und Liebstöckel (Levisticum off.) sowie die Stickstofffreisetzungsrate und -dynamik im aufgedüngten Substrat. Weiters wurde geprüft, ob die keimhemmende Wirkung der Düngemittel durch zweiwöchige Lagerung des aufgedüngten Substrates vor der Aussaat verhindert werden kann

N-Priming-Effekte bei gleichzeitiger Düngung mit Leguminosenschroten und Stallmistkompost im ökologischen Gemüsebau

Beim Einsatz von Lupinenschrot zur Kopfdüngung in Tomaten (siehe: Qualtitätssicherung im biologischen Gemüsebau - Optimierung der Düngung im biologischen Tomatenanbau im Folientunnel, 2001) konnte ein positiver Primingeffekt für Stickstoff ermittelt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Ursachen und Zusammenhänge für diese zusätzliche Stickstoffmobilisierung aus dem Boden geprüft werden. Es werden die Düngevarianten Lupinenschrot und Erbsenschrot sowohl mit/ohne Kompost als Grunddüngung zu ökologisch kultivierten Tomaten in einem Folientunnel angelegt und sowohl auf die Stickstoffdynamik im Boden als auf die Produktqualität (P-Wert, Nitrat, Ascorbinsäuregehalt) geprüft. Im Brutversuch werden diesselben Varianten auf die Stickstoffmineralisierungsrate und -potential geprüft

Auswirkungen acker- und pflanzenbaulicher Massnahmen auf die arbuskuläre Mykorrhiza im Ökologischen Landbau

Der oekologische Landbau laesst aufgrund der systemeigenen spezifischen Fruchtfolgen, Duengemassnahmen und Bodenbearbeitung positive Auswirkungen auf die Entwicklung d arbuskulaeren Mykorrhiza und die Kolonisierung der Kulturpflanzen erwarten. Diese positiven Auswirkungen wurden in vergleichenden Untersuchungen ueber die Auswirkungen einzelner Kulturmassnahmen auf die arbuskulaere Mykorrhiza in konventionell und nachhaltig bewirtschafteten Standorten nachgewiesen. Wenn in der Zukunft eine Verringerung des Eintrages an Agrochemikalien in die Kulturlandschaften angestrebt wird, muss der Bedeutung der arbuskulaeren Mykorrhiza eine hoehere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Um die positiven Auswirkungen der arbuskulaeren Mykorrhiza in landwirtschaftlichen Produktionssystemen optimal zu nutzen, ist die Verwendung von geeigneten Duengemitteln in adaequater Menge, ein groesstmoeglicher Verzicht auf einen Pestizideinsatz und eine entsprechende Fruchtfolgegestaltung mit einem Minimum an Bodenbearbeitung und der Vermeidung von Schwarzbrache sicherzustellen. Ziel dieses Projektes ist die Optimierung der Lebensbedingungen und Leistungen der arbuskulaeren Mykorrhiza im oekologischen Landbau zur Optimierung des Pflanzenwachstums und der Sicherung der Ertraege. Dabei wird im Rahmen von Feldversuchen der Einfluss von acker- und pflanzenbaulichen Massnahmen (Fruchtfolge, Duengung, Bodenbearbeitung) sowie der Dauer der oekologischen Bewirtschaftung auf die arbuskulaere Mykorrhiza untersucht

When the optimal is not the best: parameter estimation in complex biological models

Background: The vast computational resources that became available during the past decade enabled the development and simulation of increasingly complex mathematical models of cancer growth. These models typically involve many free parameters whose determination is a substantial obstacle to model development. Direct measurement of biochemical parameters in vivo is often difficult and sometimes impracticable, while fitting them under data-poor conditions may result in biologically implausible values. Results: We discuss different methodological approaches to estimate parameters in complex biological models. We make use of the high computational power of the Blue Gene technology to perform an extensive study of the parameter space in a model of avascular tumor growth. We explicitly show that the landscape of the cost function used to optimize the model to the data has a very rugged surface in parameter space. This cost function has many local minima with unrealistic solutions, including the global minimum corresponding to the best fit. Conclusions: The case studied in this paper shows one example in which model parameters that optimally fit the data are not necessarily the best ones from a biological point of view. To avoid force-fitting a model to a dataset, we propose that the best model parameters should be found by choosing, among suboptimal parameters, those that match criteria other than the ones used to fit the model. We also conclude that the model, data and optimization approach form a new complex system, and point to the need of a theory that addresses this problem more generally

Versuch der monetären Bewertung ökologischer Leistungen des Biologischen Landbaus im Bereich Grund- und Trinkwasser am Beispiel des Einzugsgebietes der Fernwasserversorgung Mühlviertel/OÖ

Die tatsächlichen oder potentiellen volkswirtschaftlichen (externen) Kosten durch Umweltbelastung der intensiven Landbewirtschaftung werden der Allgemeinheit aufgebürdet, anstatt als Preis- bzw. Kostenfaktor in das betriebliche Rechnungswesen einzugehen. U.a. in Hinblick auf eine Verringerung externer Kosten der Landwirtschaft infolge Grund- und Trinkwasserbelastung wird der Ökologische Landbau als wirksame Alternative diskutiert. Eine Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen belegt denn auch das hohe Maß an Grundwasserverträglichkeit des Biologischen Landbaus: So wiesen u. a. VEREIJKEN und WIJNANDS (1990),BRANDHUBER und HEGE (1992), MATTHEY (1992), SCHULTE (1996), BERG et al. (1997) sowie SCHLÜTER et al. (1997) deutlich niedrigere Nitratgehalte des Sickerwassers unter biologisch bewirtschafteten Flächen als unter konventionell oder integriert bewirtschafteten Vergleichsflächen nach. Aufgrund der Verringerung der Nitrat- und Vermeidung der Pestizidbelastung von Grund- und Trinkwasser durch Biologischen Landbau ist daher zu prüfen, in welchem Ausmaß durch diese Bewirtschaftungsform externe Kosten eingespart werden können

Interplay between distribution of live cells and growth dynamics of solid tumours

Experiments show that simple diffusion of nutrients and waste molecules is not sufficient to explain the typical multilayered structure of solid tumours, where an outer rim of proliferating cells surrounds a layer of quiescent but viable cells and a central necrotic region. These experiments challenge models of tumour growth based exclusively on diffusion. Here we propose a model of tumour growth that incorporates the volume dynamics and the distribution of cells within the viable cell rim. The model is suggested by in silico experiments and is validated using in vitro data. The results correlate with in vivo data as well, and the model can be used to support experimental and clinical oncology

Dusty Wind-Blown Bubbles

Spurred by recent observations of 24 micron emission within wind-blown bubbles, we study the role that dust can play in such environments, and build an approximate model of a particular wind-blown bubble, `N49.' First, we model the observations with a dusty wind-blown bubble, and then ask whether dust could survive within N49 to its present age (estimated to be 5x10^5 to 10^6 years). We find that dust sputtering and especially dust-gas friction would imply relatively short timescales (t ~ 10^4 years) for dust survival in the wind-shocked region of the bubble. To explain the 24 micron emission, we postulate that the grains are replenished within the wind-blown bubble by destruction of embedded, dense cloudlets of ISM gas that have been over-run by the expanding wind-blown bubble. We calculate the ablation timescales for cloudlets within N49 and find approximate parameters for the embedded cloudlets that can replenish the dust; the parameters for the cloudlets are roughly similar to those observed in other nebula. Such dust will have an important effect on the bubble: including simple dust cooling in a wind-blown bubble model for N49, we find that the luminosity is higher by approximately a factor of six at a bubble age of about 10^4 years. At ages of 10^7 years, the energy contained in the bubble is lower by about a factor of eight if dust is included; if dust must be replenished within the bubble, the associated accompanying gas mass will also be very important to wind-blown bubble cooling and evolution. While more detailed models are certainly called for, this work illustrates the possible strong importance of dust in wind-blown bubbles, and is a first step toward models of dusty, wind-blown bubbles.Comment: 13 pages, 14 figures, Accepted to Ap

Tumor growth instability and the onset of invasion

Motivated by experimental observations, we develop a mathematical model of chemotactically directed tumor growth. We present an analytical study of the model as well as a numerical one. The mathematical analysis shows that: (i) tumor cell proliferation by itself cannot generate the invasive branching behaviour observed experimentally, (ii) heterotype chemotaxis provides an instability mechanism that leads to the onset of tumor invasion and (iii) homotype chemotaxis does not provide such an instability mechanism but enhances the mean speed of the tumor surface. The numerical results not only support the assumptions needed to perform the mathematical analysis but they also provide evidence of (i), (ii) and (iii). Finally, both the analytical study and the numerical work agree with the experimental phenomena.Comment: 12 pages, 8 figures, revtex