2024-03-29T10:09:31Z
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2010-02-24T15:50:34Z
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Implementierung und Kosten-Nutzen-Analyse automatischer Datenerfassungssysteme in russischen Agrarholdings
Implementation and cost-benefit-analysis of automatic process data acquisition systems in Russian agroholdings
Universität Hohenheim
Russland
Landwirtschaft
Informationsmanagement
Automatische Dokumentation
Agriculture
Agrarholdings
Agroholdings
In Russland blieb der Agrarsektor nach dem Zerfall der Sowjetunion durch Großbetriebe geprägt. Durch die zunehmende Gründung von Agrarholdings seit 1998 wird dieser Trend noch verstärkt. Agrarholdings charakterisieren sich dadurch, dass sie oft mehrere Hunderttausend Hektar Land auf mehreren Betrieben in weit voneinander entfernt liegenden Regionen bewirtschaften. Die Investoren stammen aus den vor- und nachgelagerten sowie aus branchenfremden Bereichen. Geführt werden diese Unternehmen von einer Zentrale in Moskau, in der alle wichtigen Unternehmensprozesse wie Einkauf, Vermarktung und Produktionsplanung zentralisiert durchgeführt werden. Zur effizienten Führung von Unternehmen dieser Größe sind Informationssysteme zur Entscheidungsvorbereitung und -unterstützung unerlässlich. Managementinformationssysteme, wie sie für industrielle Betriebe existieren, sind für den landwirtschaftlichen Bereich nur bedingt verfügbar.
Zur zuverlässigen Erfassung exakter und hoch aufgelöster Produktionsdaten in der Landwirtschaft bietet sich die automatische Prozessdatenerfassung an. Mit Einsatz dieser Technologie können Maschineneinsatzdaten detailliert und fehlerfrei erfasst und in einen räumlichen und zeitlichen Bezug gesetzt werden. In Kombination mit drahtloser Datenübertragung bietet sich eine einzigartige Möglichkeit zur Echtzeitkontrolle des Maschineneinsatzes.
In zwei Agrarholdings wurde das aktuelle Informations- und Kommunikationssystem (IKS) analysiert. Zwei Systeme zur automatischen Datenerfassung wurden im praktischen Einsatz bewertet. Die Analyse des aktuellen Informationssystems ergab, dass die in den Unternehmen eingesetzten IKS nicht den Anforderungen einer verlässlichen und zeitnahen Zurverfügungstellung von Informationen entsprechen. Die Dokumentation der Arbeiten in der Außenwirtschaft erfolgt ausschließlich in Papierform und wird dann in mehreren Schritten manuell oder elektronisch weiterverarbeitet. Dieses System der Datenerfassung ist stark fehleranfällig und manipulierbar. Die notwendigen Informationen sind nicht zeitnah verfügbar und nicht den Informationsbedürfnissen der Empfänger entsprechend aufbereitet.
Zur automatischen Datenerfassung wurde Claas-Telematics auf 49 Mähdreschern des Typs LEXION 570 sowie das herstellerunabhängige Datenerfassungssystem ODOKUS auf 3 Traktoren eingesetzt. Strategien zur Implementierung von Claas Telematics sowie das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte, an die Unternehmensstruktur angepasste, Berichtswesen werden dargestellt. Die Erarbeitung eines speziellen Berichtswesens war notwendig, um die vom System bereitgestellten detaillierten Einzelmaschinendaten zu aussagekräftigen Kennzahlen für die mittleren und hohen Managementebenen zu verdichten.
Die Schwachstellen innerhalb des Produktionsprozesses ?Ernte? wurden für jeden Betrieb individuell bestimmt. Auf allen Betrieben waren während der Ernte Standzeiten der Erntemaschinen von 1,5 bis 2 Std. je Tag zu verzeichnen, die bei besserer Organisation zu vermeiden gewesen wären. Die installierte Maschinenleistung wurde nur bei wenigen Maschinen ausgenutzt. Der durchschnittliche Durchsatz aller Maschinen lag mit 18,7 t/h 30 % unterhalb des Bestwertes von 26,5 t/h, was eine weitere Ursache für die geringe durchschnittliche Saisonleistung der Maschinenflotte war. Durch internes Benchmarking wurden die jeweils besten Betriebe innerhalb des Unternehmens identifiziert.
Mit dem System ODOKUS wurden ebenfalls die Arbeitszeiteffizienz sowie die Leistung verschiedener Betriebe bewertet. Durch die universelle Einsetzbarkeit und die Anbindung an eine Schlagkartei lassen sich Kosten und Aufwand schlagbezogen zuzuordnen, wodurch eine lückenlose Dokumentation realisierbar wäre. Bei der Analyse der Einsatzeffizienz wurden auch hier große Unterschiede zwischen den Betrieben bei Standzeiten und Produktivität sichtbar.
Zur Bestimmung der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes eines automatischen Datenerfassungssystems für die untersuchte Unternehmensform wurde eine Vollkostenrechnung durchgeführt sowie der Nettonutzen auf Betriebs- und Unternehmensebene für die Nutzung des Systems Telematics ermittelt. Die monetär bewertbaren Nutzeffekte, wie Verringerung des Anteils an Lohndrusch, geringere Fixkostenbelastung durch höhere Maschinenauslastung sowie geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch können einen maximalen Nettonutzen von 4,83 ?/t bzw. 1,56 Mio. ? auf Unternehmensebene bewirken bzw. eine Kosteneinsparung von 28 % der gesamten Erntekosten.
Innerhalb des Unternehmens stehen diese Systeme aufgrund fehlender Schnittstellen als Insellösungen da. Hier ist für die Zukunft an eine Integration beider Systeme sowie die Schaffung einer definierten Schnittstelle zum wichtigsten Informationssystem im Unternehmen - der Buchführung - zu denken.
Insbesondere für Betriebsformen wie Agrarholdings liefern die untersuchten Datenerfassungssysteme aber bereits heute wertvolle, aussagekräftige Daten zur Unterstützung von Managemententscheidungen.
After the breakdown of the Soviet Union the agricultural sector of Russia kept being dominated by large scale farms. Due to the appearance of agroholdings since 1998 this trend towards large scale farming even increased.
A typical agroholding cultivates several hundred thousands of hectares on a set of numerous farms, scattered over different regions of Russia. The investors originate from the up- and downstream sectors of agriculture as well as from branches not related to agriculture. These enterprises mostly have their head offices based in Moscow. Decisions regarding investments, purchase and sales as well as production planning are centrally being made here. For an efficient management of enterprises of this size the use of information systems for decision support is indispensable. Management information systems for agriculture are less developed and have less functions than the ones developed for industrial enterprises.
To realize accurate acquisition of highly resolved production data in agriculture automatic process data acquisition can be applied. Automatic process data acquisition stores data of the machinery use detailed and error-free and creates a reference to time and position for every dataset using GPS. In combination with wireless data transfer these data acquisition systems provide a unique possibility for real-time control of machinery use.
Data have been collected in two agroholdings. The actual information and communication routines for documentation of the field works have been analyzed. Two systems for automatic process data acquisition have been used and evaluated.
The results of the evaluation of the information systems presently implemented showed for both companies that they do not fulfill the demanded requirements for real-time availability of reliable analysis and reports. The primary documentation of field works is done exclusively on paper sheets. Further data are being processed either manually or electronically. This way of data acquisition and processing is highly susceptible to errors and easy to manipulate. Necessary information is often not available in time and not adapted to the information needs of the managers.
Two systems for automatic process data acquisition to collect machinery usage data have been used on farms belonging to one of the two agroholdings: Claas-Telematics on 49 combines of the type Lexion 570 and the machinery manufacturer independent data acquisition system ODOKUS on 3 tractors.
Strategies for implementation of Claas-Telematics as well as reports adapted to the needs within the specific structure of an agroholding are presented. It was necessary to create a special reporting system in order to aggregate the detailed data that are provided for every single machine to a higher level and to present meaningful key figures to the management. The weak points in the production process ?harvest? have been determined for every farm individually. The results showed that in average 1.5 - 2 hours of idle times occurred per day and machine, which could have been avoided by improved harvest organization. It could be proved that the maximum combining capacity has been used completely by only a few machines. The average wheat throughput of the combine fleet was 18,7 t/h - 30 % less than the maximum measured throughput of 26,5 t/h. The best farms considering different factors influencing high harvest productivity were determined through internal benchmarking.
The manufacturer independent data acquisition system ODOKUS has been used for determining the work efficiency as well as the productivity of seeding tractors. An interface to a FMIS is already realized, thus it enables the user to perform automatized field specific data allocation and offers a possibility for complete documentation of all work processes. The analysis of work efficiency showed big differences between the three farms regarding idle times as well as productivity.
In order to determine of cost effectiveness of the use of automatic data acquisition systems in Russian agroholdings the total costs of the system use as well as a Cost-Benefit analysis have been calculated for Telematics on farm and enterprise level. The savings caused by reduction of the number of third party combines, lower fixed costs due to higher workload of the machines and lower specific fuel consumption could lead to a net benefit of harvest costs of 4,83 ?/t or 1,56Mio. ? on enterprise level. These numbers represent 28 % of the total harvest costs.
Within the company these systems are isolated due to lack of interfaces to other information systems used in the company. The next step should be the integration of both systems as well as the creation of a defined interface to the most important information system in the company - the accounting system.
In particular the management of companies like Russian agroholdings can be provided with useful and meaningful information for decision support by the data acquisition systems considered.
1267023034
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/425/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/425/pdf/dissertation_andres.pdf
Andres, Silvia
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Landwirtschaftliche Betriebslehre
oai:opus.uni-hohenheim.de:437
2010-04-22T09:00:29Z
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Modeling population dynamics and dispersion of Codling moth Cydia pomonella L. (Lepidoptera, Tortricidae)
Universität Hohenheim
Modellierung
Populationsdynamik
Verbreitung
Apfelwickler
Agriculture
Modeling
Codling moth
Dispersal
Population dynamic,
The study of insect dispersal plays an essential role in estimating the spread of damage caused by a newly invaded pest or the spatial distribution of an insect during the active period in growing season. Moreover concerning dispersal, quantitative information performs a crucial role in the evaluation and implementation of pest control. Since rearing clean and healthy insects in sufficient numbers is the most important prerequisite for many basic research programs and for developing pest control strategies, mass rearing of the Codling moth on the artificial diet carried out as the first step at optimum conditions. With regard to the fundamental function of feeding and pre-releasing handling on insect biological attributes, we intended to evaluate the individual marking influence on longevity of Codling moths in the next step. For this purpose, one day old adult male and female moths were kept three and five minutes at -20°C to make them motionless, then immediately marked individually with felt tip pens and coded by the different colors, maintained under optimum condition and checked daily for 13 days.
The proposed linear model accounted for 89 % of the variations. Numbing and marking process influenced of the moths longevity regardless of their sex while the duration of the anesthetize does not affect the survival of moths meaningfully. Regarding the obstacles associated with egg and pupa storage of Codling moth, we examined the possibility of adult moth?s storage in low temperature in order to evaluate its effect on longevity of moths. Adult 12-24 h old male and female moths were treated separately and maintained in 4 ◦C and (0:24 h, L:D) photoperiod during the entire adult life. The survival rate evaluated with two days interval throughout 27 days. The effects of day and treatment were significant. It seems that the female moths tolerate the cold condition better and further than the male moths and live longer. Additionally the proposed models accounted for 71 % and 57 % of the variations for male and females respectively as verified more affection and debility of the males by the storage condition. Disadvantages of individual marking led us to test the mass marking and it?s influence on the survival of the moths. One-day-old moths were marked with fluorescent powder. Mortality of the males and females recorded daily for a 20 days period. Results indicated that the effects of the sex, the replications and interaction of them were significant as well as the effect of the day. The model accounted for 96 % of the variations. This study indicated that male and female moths were influenced by the fluorescent powder. Findings of this study may facilitate the improvement of mark-release experiment results and interpretation more precisely in particular for dispersal studies. In the field experiments, firstly trade off trap structure in assessing the horizontal and vertical distribution of Codling moth carried out as well as outward and inward dispersal. Three different types of the traps including Delta pheromone traps, Delta Pear ester trap and Cylinder shape Pear ester traps were used in the research station of the Hohenheim University. Ninety six traps were suspended in eight compass directions in order of four traps per direction, at three heights in random arrangement in outward dispersal. In inward dispersal study the traps arrangement and number was the same but dissimilarly the releasing site was from borders of directions SW, NW, W, E, and SE. The traps were checked daily and followed nine days after release. Results demonstrated no
significant differences between three types of traps in attracting the marked and feral females ?Fn?. Meanwhile significant dissimilarity in marked and feral male ?Mn? catches were traced. Reaction of the moths to the traps elevation was not similar in the vertical distribution study. whereas marked female moths exhibited significant differences to different heights, marked and feral male and ?Fn? moths revealed no difference reaction to traps in different heights.In horizontal distribution study marked female moths ?Fr? exhibited significant differences. It is revealed that dominant directions for marked and feral moths were different. Concerning inward distribution, both marked male ?Mr? and female demonstrated significant differences in their direction and distances. In regard to this findings and priceless and effortless manufacturing of the Cylinder traps, utilization of this trap in mark-release-recapture studies of female and male Codling moths is recommended. Effect of apple cultivar on pheromone and Pear ester trap efficiency studied as the next tread. In this experiment 32 Delta pheromone traps and 32 Cylinder-shape Pear ester traps impartially mounted on different varieties of apple trees. Artificially reared and marked 24 to 26 h old moths were released at 1 m height from a central point. Among the simple effects the most important explanatory variable for the response variables ?Mn? and ?Fn? moths was sampling dates of moths, while the variety and distance from the releasing point for ?Mn? and the variety and trap height for ?Fn? were the second and third influential variables respectively. Moreover among the nested effects the interaction of distance-height-variety was the most influential one for ?Mn? likewise the interactions of date, release point, direction and trap height with the variety were the most influential for ?Fn?. For the ?Mr? and ?Fr? moths releasing date was the most important influential variable, while the trap type and variety for ?Mr? and variety and trap height for the ?Fr? were the second and third influential variables respectively. Current study revealed that dispersal of the feral and marked-released male and female Codling moths influenced by host cultivars distinctly and decidedly. Meanwhile, quantifying these relationships and propose distinct model for marked and feral male and female moths are the exclusive characteristics of present findings.
The next stage of present study related to study of climatic factors on dispersal of Codling moth. In this study, Hohenheim station climatic data were used. Several climatic elements including temperature, relative humidity, precipitation, wind speed in two different heights (2.5 m and 10 m), Day Degree, twilight temperature, wind speed and precipitation were utilized in the analysis. Diversity and high number of variables led us to use AIC method for selecting of appropriate regressors and fitted model. The main regressors that inföuenced the ?Fr? were flight height, ageing, twilight wind speed (2.5 m heights) and precipitation. For the ?Mr? the same regressors plus the
distance from the releasing point were the best subset. In the case of the feral moths the flight height, relative humidity, Day Degree, twilight temperature and wind speed were the best subset regressors. Comprehensively we concluded that present study provides new knowledge in basic as well as in applied science. Twilight temperature, rainfall, wind speed and Day Degree impress the distribution of the moths in a superior way than the circadian weather data. This knowledge could mitigate confusion which arises from observations of erratic flight patterns and could lead to fewer treatment decision errors in the future. Also may accelerate and strengthen forecasting programs of this key pest as well as the related management tactics.
The combination of mark-release-recapture and diffusion models have been shown to be effective for measuring insect dispersal. We attempted to measure the Codling moth dispersal using traps placed at different distances and heights. Diffusion coefficient calculated for horizontal and vertical dispersal of male and female moths distinctly using direct and indirect methods and resulting models were compared. We fitted the non-linear regression using the iterative process and estimating the parameters accuracy were tested according to the default asymptotic 95 % confidence intervals calculation in non-linear regression. Considering the overall models, suitability of three factors
fitted models was more convincible than that of two factors model particularly for male moths.
Meanwhile we found great difference in the diffusion coeffcient of direct and indirect methods. Regardless of the model type, the R2 was relatively high in our experiments which evaluate how well the model fits data. We have shown that the diffusion model leads to powerful techniques for the analysis of dispersal data at least for one economically important insect. In conclusion, the
present study provides an estimate of population spread by Codling moth using estimated rates of reproduction and dispersal, quantified the association between various key factors and Codling moth movement for the first time using the diffusion model. By including additional parameter to the diffusion model the predictive explanatory potential of this method was improved for dispersal
studies at least for a cosmopolitan and critical insect.
Untersuchungen zur Insektenverbreitung sind eine wichtige Grundlage für Voraussagen über das Vordringen eines neu eingewanderten Schädlings auf dem Luftweg oder die räumliche Verteilung eines Insekts während seiner aktiven Periode in der Anbausaison. Dar¨uber hinaus spielen quantitative Aussagen zur Verbreitung eine entscheidende Rolle in der Bewertung und Umsetzung von Pflanzenschutzmaßnahmen. Da die Aufzucht gesunder Insekten in ausreichender Zahl
die wichtigste Voraussetzung für viele grundlegende Forschungsvorhaben und für die Entwicklung von Pflanzenschutzstrategien darstellt, war der erste Schritt die Massenzucht des Apfelwicklers auf künstlicher Diät unter optimalen Bedingungen. Aufgrund der erheblichen Auswirkungen von
Fütterungs- und Handhabungsbedingungen auf die biologischen Eigenschaften der Insekten beabsichtigten wir, im nächsten Schritt den Einfluß der Markierung auf die Lebensdauer der Apfelwickler zu untersuchen. Dazu wurden einen Tag alte ausgewachsene männliche und weibliche Tiere drei und fünf Minuten einer Temperatur von -20°C ausgesetzt, um sie bewegungsunfähig zu machen, sofort mit verschiedenfarbigen Filzschreibern nach einem Farbschema individuell markiert und dann 13 Tage unter optimalen Bedingungen gehalten und täglich kontrolliert. Das vorgeschlagene lineare Modell deckt 89% der Variationen ab. Der Einfluß des Betäubungs- und Markierungsvorgangs auf die Lebensdauer der Tiere war bei beiden Geschlechtern gleich, dabei hatte die Dauer der Betäubung keine entscheidenden Auswirkungen auf die Überlebensrate der Falter. Angesichts der Schwierigkeiten, Eier und Puppen des Apfelwicklers zu lagern, untersuchten wir die Möglichkeit, adulte Tiere bei niedriger Temperatur zu halten, um mögliche Auswirkungen auf die Lebensdauer der Insekten zu erfassen. Ausgewachsene 12-24 h alte männliche und weibliche Falter wurden getrennt behandelt und während ihrer gesamten Lebensdauer bei 4 °C und einer Photoperiode von (0:24 h, L:D) gehalten. Die Überlebensrate wurde 27 Tage lang jeden zweiten Tag erhoben. Der Zusammenhang von Lebensdauer und Behandlung war signifikant. Es scheint, daß die weiblichen Tiere Kälte besser ertragen als die männlichen und länger leben.
Die vorgeschlagenen Modelle beschreiben jeweils 71% bzw. 57% der Variationen für Männchen und Weibchen und bestätigen höhere Anfälligkeit und Sterblichkeit der Männchen unter Lagerbedingungen. Nachteile der individuellen Markierungsmethode veranlassten uns, Massenkennzeichnungen und ihren Einfluß auf die Überlebensrate der Insekten zu untersuchen. Einen Tag alte Tiere wurden mit fluoreszierendem Puder gekennzeichnet, die Sterblichkeit von Männchen und
Weibchen über zwanzig Tage täglich aufgezeichnet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß der Zusammenhang zwischen Geschlechtszugehörigkeit, den Wiederholungen, ihrem Zusammenwirken und dem Tag der Erhebung signifikant war. Das Modell beschrieb 96% der Variationen. Der Versuch zeigte, daß männliche wie weibliche Falter durch den fluoreszierenden Puder beeinflusst werden.
Die Ergebnisse der Untersuchungen können zur Verbesserung von Wiederfang-Versuchen beitragen und helfen, ihre Ergebnisse aussagekräftiger zu machen, insbesondere für Verbreitungsstudien. In den Freilandexperimenten wurde zuerst eine Anordnung von Fallen eingesetzt, um die horizontale und vertikale Verteilung der Apfelwickler sowie ihre Ausbreitungsdynamik zu erfassen. Drei verschiedene Arten von Fallen wurden auf der Versuchsstation der Universität Hohenheim verwendet: delta-Fallen mit Pheromon, delta-Fallen mit Birnenester und Zylinderfallen mit Birnenester. Um die auswärts gerichtete Ausbreitung zu erfassen, wurden sechsundneunzig Fallen in acht Himmelsrichtungen, vier in jeder Richtung, auf drei verschiedene H¨ohen zufällig verteilt angebracht. Die
Anordnung zur Erfassung der einwärtigen Ausbreitung war gleich, aber die Freisetzung erfolgte an den in den Richtungen SW, NW, W, O, und SO gelegenen Grenzen der Versuchsfläche. Die Fallen wurden neun Tage nach der Freisetzung täglich überprüft. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei Arten von Fallen in ihrer Anziehung auf markierte und
wilde Weibchen 'Fn'. Zwischen den Fangraten an markierten und wilden Männchen 'Mn' ließ sich jedoch ein signifikanter Unterschied nachweisen.
Die Reaktion der Falter auf die Höhe der Fallen über dem Boden war unterschiedlich. Während markierte weibliche Tiere signifikante Vorlieben für bestimmte Höhen aufwiesen, war bei markierten und wilden Männchen sowie wilden Weibchen kein Unterschied in der Reaktion auf verschieden hoch angebrachte Fallen zu erkennen. Bezüglich der horizontalen Ausbreitung zeigten markierte weibliche Falter 'Fr' signifikante Unterschiede. Es erwies sich, daß die bevorzugten Richtungen für markierte und wilde Apfelwickler-Motten unterschiedlich waren. Betreffs der migration Ausbreitung wiesen sowohl markierte Männchen 'Mr' als auch Weibchen signifikante Unterschiede in Richtung und Entfernungen auf. Angesichts dieser Ergebnisse sowie der billigen und einfachen Herstellung der zylindrischen Fallen wird ihre Anwendung in Wiederfang-Versuchen mit männlichen und weiblichen Apfelwicklern empfohlen.
Im nächsten Schritt wurde der Einfluß von Wirtstypeen auf die Wirksamkeit der Pheromonund Birnenester-Fallen studiert. In diesem Versuch wurden 32 deltaFallen mit Pheromon und 32 Zylinderfallen mit Birnenester zufällig verteilt auf Apfelbäumen verschiedener Sorten angebracht. Im Labor aufgezogene und markierte 24-26 h alte Falter wurden an einem zentralen Punkt in 1 m
Höhe freigelassen. Unter den einfachen Zusammenhängen war das Erhebungsdatum die Ausgangsvariable mit dem größten Einfluß auf die Ergebnisvariablen 'Mn' und 'Fn', an zweiter und dritter Stelle kamen Sorte und Entfernung vom Ort der Freilassung für 'Mn' bzw. Sorte und Höhe der Falle f¨ur 'Fn'. Unter den Zusammenhängen höherer Ordnung war das Zusammenwirken von Entfernung, Höhe und Sorte am einflußreichsten für 'Mn', dagegen jenes von Datum, Freisetzungtype, Richtung, Fallenhöhe und Sorte am wichtigsten für 'Fn'. F¨ur 'Mr' und 'Fr' war das Freilassungsdatum die bedeutendste beeinflussende Variable, während die Art der Falle und die Sorte für 'Mr' bzw. die Sorte und Fallenhöhe für 'Fr' den zweiten und dritten Rang einnahmen. Die vorliegende Studie zeigte auf, daß die Ausbreitung sowohl von wilden als auch markierten und freigelassenen männlichen wie weiblichen Apfelwicklern entscheidend und deutlich von den Wirtstypeen beeinflusst wird. Diese Verhältnisse werden erstmalig quantitativ beschrieben und ein geeignetes Modell für markierte wie wilde, männliche und weibliche Falter vorgeschlagen. Der nächste Abschnitt der vorliegenden Arbeit beschäftigte sich mit dem Einfluß klimatischer Faktoren auf die Ausbreitung des Apfelwicklers. Zu diesem Zweck wurden Daten der Meteorologischen Station Hohenheim verwendet. Verschiedene Klimafaktoren, wie Temperatur, Rel. Feuchte, Niederschlag, Windgeschwindigkeit in zwei verschiedenen Höhen (2,5 m und 10 m), Gradtage und Dämmerungstemperatur gingen in die Analyse ein. Die Verschiedenheit und Vielzahl der Variablen veranlasste uns, die AIC-Methode zu verwenden, um angemessene Regressoren und ein passendes Modell zu finden. Die Hauptregressoren, welche die Variable 'Fr' beeinflussten, waren Flughöhe, Alter, Windgeschwindigkeit in der Dämmerung (2,5 m Höhe) und Niederschlag. Bei 'Mr' bildeten dieselben Regressoren und zusätzlich der Abstand vom Ort der Freisetzung die beste Auswahl. F¨ur die wilden Falter stellten Flughöhe, Rel. Feuchte, Gradtag, Dämmerungstemperatur und Windgeschwindigkeit den besten Satz an Regressoren dar. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Studie neue Einsichten für die angewandte wie auch die Grundlagenforschung bereithält. Dämmerungstemperatur, Regen, Windgeschwindigkeit und Gradtag bestimmen die Ausbreitung der Apfelwickler sehr viel stärker als das Wetter tagsüber. Diese Erkenntnis könnte die aus der Beobachtung unvorhersagbarer Flugaktivität herrührende Verwirrung verringern und in der Zukunft zu weniger Fehlentscheidungen über Behandlungsmaßnahmen führen. Sie kann außerdem Vorhersagen zum Auftreten dieses wichtigen Schädlings und damit Managementstrategien vereinfachen und absichern. Die Kombination von Wiederfang-Versuchen und Verteilungsmodellen hat sich als effektiv zur Bestimmung der Ausbreitung von Insekten erwiesen. Wir haben versucht, mit Hilfe von in verschiedenen Entfernungen und Höhen angebrachten Fallen die Ausbreitung des Apfelwicklers zu bestimmen. Die Verteilungskoeffizienten, berechnet jeweils für horizontale und vertikale Ausbreitung von weiblichen und männlichen Faltern unter Verwendung von direkten und indirekten Methoden sowie die resultierenden Modelle wurden verglichen. Mittels iterativer Methoden ermittelten wir eine passende nonlineare Regression und schätzten die Genauigkeit der Näherung unter Zugrundelegung eines 95%-Vertrauensintervalls. Im Vergleich war ein auf drei Faktoren beruhendes Modell überzeugender als ein nur zwei Faktoren berücksichtigendes, insbesondere bezüglich männlicher Falter. Allerdings
fanden wir große Unterschiede in den Verteilungskoeffizienten zwischen direkten und indirekten Methoden. Unabhängig von der Art des Modells war R2 in unseren Versuchen, zu ermitteln, wie gut das Modell mit den Daten übereinstimmt, relativ hoch. Wir haben gezeigt, daß das Verteilungsmodell zur Analyse von Ausbreitungsdaten zumindest für ein wirtschaftlich bedeutendes Insekt ein
leistungsfähiges Werkzeug darstellt.
Schließlich stellt die vorliegende Studie unter Verwendung geschätzter Vermehrungsraten und Ausbreitungsgeschwindigkeiten eine Abschätzung der Ausbreitung des Apfelwicklers bereit und beschreibt unter Verwendung eines Verteilungsmodells erstmalig quantitativ den Zusammenhang zwischen verschiedenen Schlüsselfaktoren und Mobilität des Apfelwicklers. Durch Einbeziehung zusätzlicher Parameter für das Verteilungsmodell konnte das Potential dieser Methode für Erklärung und Vorhersage im Rahmen von Ausbreitungsstudien zumindest für ein weltweit vorkommendes und wichtiges Insekt verbessert werden.
1271917662
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/437/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/437/pdf/gharekhani_thesis_a4_final_17_march.PDF
Gharehkhani, Gholamhossein
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Phytomedizin
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2010-04-29T10:56:21Z
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Food and men in cinema : an exploration of gender in blockbuster movies
Universität Hohenheim
Männlichkeit
Geschlechterrolle
Ernährung
Film
Inhaltsanalyse
Agriculture
Masculinity
Gender
Food
Film
Content Analysis
The goal of this dissertation is to examine how popular movies, often called ?blockbusters? when referring to their international success at the box office, portray masculinity and men?s interactions around food and eating. The common and mundane objects, attitudes, and practices that revolve around food play an important role in men's personal development and social interactions. More specifically, the research is aimed at investigating how food representations in film embrace, naturalize, or question cultural assumptions about masculinity and gender relations.
On the base of the relevant literature in masculinity studies, food studies, and film studies, I developed two hypotheses:
1. Food-related scenes provide an apparently neutral and natural space for representations of masculinity to be conveyed. For this reasons these scenes tend to be overlooked by viewers, despite their frequency.
2. The analysis of food-related scenes can help us identify a set of recurrent traits that outline diverse masculinity models offered to audiences around the world.
In order to test my hypotheses, I identified a sample constituted by of all the movies (excluding cartoons) that earned more than 250 million US dollars outside the United States between 1990 and 2007. I applied content analysis - a methodology often used in media and communication studies ? to this sample, pinpointing and quantifying all the food-related scenes I observed in each movie. Furthermore, by coding these scenes according to recurrent categories based on theme and content, I was able to gauge their statistical frequency in order to determine the most recurring ones, which can also be considered the most relevant in the cultural perceptions of masculinity.
The analysis of the sample, which consists of 58 movies, originated a taxonomy of 151 coding categories (?situational scripts?) that cover 940 food-specific scenes (?occurrences?) involving men and food. The analysis also allowed me to identify 5 broad narrative arcs (?interpretive types?) describing the development (or lack thereof) of the male protagonists in the 58 movies. The examination of the function of the scenes within the different story lines indicates that most food-related occurrences, due to their secondary role, are perceived as natural and normal, thus becoming virtually invisible to the viewers. Their apparent ordinariness and familiarity offers an apt environment for the representation of values, attitudes and behaviors that reflect widely accepted and culturally sanctioned templates of what a man should be like and act like.
Most food scenes offer images of strong, determined, and powerful males, ready to assert themselves over other men and over women. White, adult, middle or working class masculinities are equated with mainstream, acceptable, hegemonic masculinities. The absence of scenes featuring women around food without men confirms the role of food as a tool for control and negotiation among genders and their established social roles. The data also show that food is often featured in scenes where men share and celebrate, underlining its social significance and its function as a cultural marker to identify groups and to exclude outsiders. However, the emotional and more intimate values connected to food and ingestion are not totally erased, revealing aspects of masculinity less connected to power and social performance but still relevant for the males? personal lives. It is also intriguing that many scenes refer to the fear of being ingested, showing deeply ingrained insecurities.
In sum, food related scenes involving men in the movie sample on one side reiterate well-established models of masculinity, while on the other they reveal aspects of fragility and anxiety that otherwise would not be traceable in other kinds of scenes, especially in action movies.
Das Ziel dieser Doktorarbeit ist zu untersuchen, wie populäre Filme, die wegen ihres internationalen Erfolgs an der Kino Kasse oft als ?Blockbuster? bezeichnet werden, Männlichkeit und das männliche Zusammenspiel in bezug auf Nahrung und die Nahrungsaufnahme darstellen. Die gewöhnlichen und banalen Gegebenheiten, Verhaltensweisen und Praktiken bezüglich des Themas Nahrung spielen eine wichtige Rolle in der persönlichen Entwicklung und den gesellschaftlichen Kontakten von Männern. Insbesondere soll diese Forschungsarbeit Aufschluss darüber geben, wie die Darstellung von Nahrung im Film kulturelle Annahmen über Männlichkeit und Geschlechterrollen übernimmt, einbürgert oder in Frage stellt.
Auf der Grundlage der verfügbaren Literatur mehrerer Studien über Männlichkeit, Lebensmittelkunde und Film hervorgeht habe ich zwei Hypothesen entwickelt:
1. Szenen, die mit Nahrungsmitteln in Zusammenhang stehen, liefern einen scheinbar neutralen und natürlichen Raum, um Darstellungen der Männlichkeit zu vermitteln. Aus diesem Grund, neigen Zuschauer dazu, diese Szenen, trotz ihrer Häufigkeit, zu übersehen.
2. Die Analyse der Szenen, die mit Nahrungsmitteln in Verbindung stehen, kann uns helfen, eine Reihe von wiederkehrenden Charaktereigenschaften zu ermitteln, die diverse Modelle der Männlichkeit skizzieren, die dem Publikum der ganzen Welt dargeboten werden.
Um meine Hypothesen zu prüfen, legte ich eine Auswahl fest, zusammengestellt aus allen Filmen (ausgenommen Cartoons), die außerhalb der Vereinigten Staaten zwischen 1990 und 2007 mehr als 250 Millionen US Dollar eingebracht haben. Ich wendete auf diese Stichprobe eine Inhaltsanalyse an, eine Methode, die oft in den Medien oder Kommunikationsstudien verwendet wird, indem ich alle Szenen der Filme, die mit Nahrungsmitteln in Verbindung stehen, genau festlegte und quantifizierte.
Darüber hinaus konnte ich durch das Kodieren der Szenen, entsprechend wiederkehrender Kategorien in Bezug auf Inhalt und Thematik die statistische Häufigkeit messen, um die am häufigsten wiederkehrenden Szenen auszumachen, die auch als die wichtigsten in der kulturellen Auffassung der Männlichkeit betrachtet werden können.
Die Analyse der Probe, die sich aus 58 Filmen zusammensetzt, brachte eine Taxonomie/ Klassifizierungslehre bestehend aus 151 Kodierungsrubriken (?situationsbezogene Filmszenen/Skripte?) hervor, die 940 nahrungsmittelspezifische Szenen (?Ereignisse?) erfassen, die Männer und Nahrung einbeziehen. Die Analyse machte es mir möglich, 5 klare Handlungsbögen (?interpretative Ausführung?) zu erkennen, die die Entwicklung (oder den Mangel an Entwicklung) des männlichen Hauptdarstellers in den 58 Filmen beschreiben.
Die Untersuchung der Funktion der Szenen innerhalb der verschiedenen Handlungsstränge lässt darauf schließen, dass die meisten nahrungsmittelbezogenen Ereignisse, durch ihre untergeordnete Rolle, als natürlich und normal wahrgenommen werden und dadurch für den Zuschauer praktisch unsichtbar werden. Ihre scheinbare Normalität und Vertrautheit bieten eine passende Umgebung für die Darstellung von Werten, Einstellungen und Verhaltensmustern, die weithin akzeptierte und kulturell sanktionierte Muster dessen, wie ein Mann sein sollte und wie er sich verhalten sollte, widerspiegeln.
Die meisten Nahrungsmittelszenen vermitteln Vorstellungen von starken, entschlossenen und leistungsstarken Männern, die bereit sind, sich gegenüber anderen Männern und gegenüber Frauen zu behaupten. Weiße, erwachsene, dem Mittelstand- oder der Arbeiterschaft angehörige Männlichkeiten sind mit durchschnittlichen, vertretbaren, hegemonialen Männlichkeiten gleichgestellt. Das Fehlen von Szenen, die Frauen ohne Männer im Zusammenhang mit Nahrung darstellen, bestätigt die Rolle von Nahrung als ein Werkzeug der Kontrolle und der Gesprächsführung unter den Geschlechtern und deren etablierten gesellschaftlichen Rollen.
Die Messwerte zeigen auch, dass Nahrung häufig in Szenen dargestellt wird, in denen Männer miteinander zelebrieren und zusammen essen. Dies hebt die gesellschaftliche Bedeutung und Funktion des Essens als kulturellen Marker hervor, der Gruppenidentität verstärkt, während Außenseiter ausgeschlossen werden. Dennoch sind die gefühlsbetonten und eher intimen Werte, die mit Nahrung und der Nahrungsaufnahme verbunden sind, nicht vollkommen ausgelöscht. Sie enthüllen Aspekte der Männlichkeit, die weniger mit Macht und der gesellschaftlichen Leistung verbunden sind, aber immer noch von Bedeutung für das männliche Privatleben sind. Es ist auch interessant, dass viele Szenen sich damit beschäftigen, dass die Maenner Angst haben, aufgegessen zu werden. Diesem Motif unterliegen tiefe verwurzelte Unsicherheiten.
Mit einem Wort, Szenen in diesen ausgewählten Filmen, die Männer und Nahrung repräsentieren, wiederholen auf der einen Seite etablierte Modelle der Männlichkeit, während sie auf der anderen Seite Zerbrechlichkeit und Beklemmung enthüllen, die sonst in anderen Szenen nicht auffindbar sind, insbesondere in Action Filmen.
1272530553
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/438/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/438/pdf/Diss_Food_and_Men_Parasecoli_Fabio.pdf
Parasecoli, Fabio
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Sozialwissenschaften des Agrarbereichs
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2010-06-16T11:47:08Z
ddc:630
pub-type:8
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A case study: Fish production in the integrated farming system of the Black Thai in Yen Chau district (Son La province) in mountainous North-western Vietnam - current state and potential
Universität Hohenheim
Aquakultur
Integrierte Aquakultur
Vietnam <Nordwest>
Agriculture
Black Thai
Karpfenpolykultur
Vietnam
Aquaculture
Integrated Aquaculture
Black Thai
Carp polyculture
Son La province is located in mountainous north-western Vietnam and belongs to the poorest regions of the country. In the valleys of this province, fish farming is one of the major activities among farmers who belong to the ethnic Black Thai minority. Up until now, the aquaculture system practiced here has not been scientifically investigated. There is generally very little data available regarding the aquaculture of resource-poor farmers in Southeast Asia. This lack of information can be partly explained by the difficulty in obtaining this data. However, a solid understanding of current aquaculture systems is necessary for any kind of future involvement.
Within the course of a special research program (SFB 564), aquaculture practices in three communes of Yen Chau district (Son La province) were surveyed between 2004 and 2006. The research was conducted in a holistic way in order to obtain a detailed description of the typical local aquaculture system with its potentials and limitations. In addition, measures for improvement were developed, which will be tested during the next phase of the special research program.
The data was collected and analyzed on three different levels. On the ?macro level?, general data is presented regarding the land use and irrigation system in the studied area. Data on the ?meso level? concerns the aquaculture and agriculture system and was predominantly collected through interviews with 155 farmers, 22 village headmen and other stakeholders. On the ?micro level?, an in-depth investigation based on measurements and close observation of 6 individually selected case study farms is presented. This data includes the limnological pond conditions, fish growth rates, food conversion and the profitability of the aquaculture system. The data gathered during these investigations compensates for the information that could not be satisfactorily gathered through the interviews alone.
Currently, around 63% of the households in the study area produce fish in ponds. The aquaculture production is closely linked with other farming activities and is integrated into the overall irrigation system. Farmers stock different carp and tilapia in polyculture with the main species being grass carp. Fish are mainly fed leaves and by-products of crop production, weeds and manure, e.g. from buffalo. The pond system is feed-based and exhibits a more or less continuous water flow; both of these features are rather atypical for small-scale aquaculture.
In the case study farms, the average fish stocking density was 1.0 fish m-2. Calculated based on one hectare, the average daily feed application was 37.1 kg dry matter (DM) and the annual net production of aquatic species 1.5 tons ha-1, of which roughly 2/3 were sold. The average conversion of feed (DM) to aquatic species biomass was 7.7:1, and the conversion of added nitrogen (feed and manure) to produced nitrogen (aquatic species) was 14.7%.
The yields in the presented system are relatively low compared to other feed-based aquaculture systems. Nevertheless, it has been shown that aquaculture production contributes significantly to food security, generates income and plays a significant role in farmers? lives.
At present, the local market in Yen Chau cannot be completely satisfied by the districts? fish production alone. Recently, a road was upgraded that connects the north-western mountains with the country?s capital Hanoi. As a result, fish from the more intensive aquaculture in the lowlands has started to flood the local markets. This development is expected to proceed, which will leave farmers unable to compete in the market in the future. In order to produce fish in a sustainable way, the current system must be improved so that the local fish production increases.
There are various reasons that can explain the relatively low productivity in the ponds. These include an unclassifiable grass carp disease that leads to high mortalities, poor water quality, low fish growth rates caused by low quality of fish seed, low quality of feed and manure applied as well as low natural food availability in the ponds. Furthermore, farmers seem to have limited knowledge regarding basic aquaculture techniques, which may be explained by the lack of training or extension services available in this field.
In the present study, a ?basket? of modification measures have been proposed. These measures concern the farms themselves (e.g. improved pond management), the institutional and political framework (e.g. support of the local hatcheries) as well as the research. The focus of the next part of the special research program will be the identification of the causative agent of the grass carp disease and the development of prevention and treatment strategies. Additionally, a modified watering and feeding management system will be tested scientifically. It is expected that this locally adapted, improved pond system will lead to significantly higher fish production.
Die Provinz Son La in den Bergregionen Nordvietnams gehört zu den ärmsten Gebieten des Landes. In den dortigen Tälern lebt die ethnische Minderheit Black Thai, zu deren Hauptaktivitäten die Aquakultur zählt. Das praktizierte Aquakultursystem wurde bisher noch nicht wissenschaftlich beschrieben. Über kleinbäuerliche Aquakultur in Südostasien gibt es allgemein wenige Daten, was u.a. daran liegt, dass diese Daten sehr schwierig zu erfassen sind. Eine genaue Kenntnis der jetzigen Systeme ist aber unumgänglich für jegliche zukünftige Interventionen.
Zwischen 2004 bis 2006 wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 564 eine holistische Untersuchung des Aquakultursystems in drei Kommunen des Distrikts Yen Chau der oben genannten Provinz durchgeführt. Hierbei wurde das gegenwärtige System mit seinen Grenzen und Potenzialen erfasst, als Grundlage zur Entwicklung nachhaltiger Verbesserungsmaßnahmen, die im nächsten Schritt des Forschungsvorhabens getestet werden sollen.
Die Datensammlung fand auf drei Ebenen statt: auf der ?Makroebene? wurden Daten zur allgemeinen Landnutzung und zum Bewässerungssystem erhoben. Daten auf der ?Mesoebene? betreffen das Teich- und landwirtschaftliche System und beruhen hauptsächlich auf Interviews mit 155 Bauern, 22 Dorfoberhäuptern und anderen Akteuren. Auf der ?Mikroebene? wurden Messungen und Beobachtungen anhand von 6 Fallbeispielen durchgeführt. Diese Daten wurden benötigt, um quantitative Daten zu ergänzen, die auf der ?Mesoebene? nicht zufrieden stellend zu erfassen waren. Sie umfassen u.a. die limnologischen Teichbedingungen, Fischwachstumsraten, Futterverwertung und Erträge.
Derzeit werden in den meisten Haushalten der Untersuchungsregion Fische in Teichen produziert. Die Teichproduktion ist eng mit anderen landwirtschaftlichen Aktivitäten verknüpft und in das allgemeine Bewässerungssystem integriert. Die Bauern besetzen ihre Teiche mit verschiedenen Karpfen und Tilapien in Polykultur, wovon der Graskarpfen den größten Anteil ausmacht. Die eingesetzten Fischfuttermittel bestehen überwiegend aus Blättern und Nebenprodukten der Pflanzenproduktion, Unkräutern und organischen Düngern, v.a. Büffelkot. Dieses Teichsystem ist futterbasiert und weist einen mehr oder weniger kontinuierlichen Wasserdurchfluss auf, beide Merkmale sind eher untypisch für kleinbäuerliche Aquakultur.
In den Fallbeispielen lag die durchschnittliche Fischbestandsdichte bei 1 Fisch pro m2. Auf einen Hektar bezogen, wurden im Durchschnitt täglich 37,1 kg Futter und Dünger (in Trockenmasse, TM) appliziert und die durchschnittliche jährliche Nettoproduktion von aquatischen Produkten betrug 1,5 Tonnen, wovon ca. 2/3 verkauft wurde. Im Durchschnitt lag die Umwandlung von Futter (TM) zu Fischbiomasse bei 7,7:1 und von eingesetztem (Futter und Dünger) zu produziertem Stickstoff (aquatische Produkte) bei 14,7%.
Die Erträge in diesem System sind gering im Vergleich mit anderen futterbasierten Aquakultursystemen. Trotzdem konnte gezeigt werden, dass die derzeitige Fischproduktion entscheidend zum Haushaltseinkommen und zur Nahrungsmittelsicherung der Bauern beiträgt.
Der Fischbedarf auf den Distriktmärkten kann derzeit jedoch nicht alleine durch die regionale Produktion gedeckt werden. Mit dem Ausbau einer Strasse, welche die abgeschiedene Bergregion mit der Hauptstadt Hanoi verbindet und damit den Fischtransfer begünstigt, werden seit kurzem Fische aus dem ökonomisch weiter entwickelten Tiefland importiert. Es wird erwartet, dass diese Entwicklung weiter voranschreiten wird und lokale Bauern zukünftig nicht mehr konkurrenzfähig sein werden. Damit die Bauern auf nachhaltige Weise Fische produzieren können, muss das gegenwärtige System verbessert werden, um die lokale Fischproduktion zu steigern.
Für die derzeit geringen Erträge gibt es eine Reihe von Gründen, wie z.B. eine häufig vorkommende, bislang nicht identifizierte Graskarpfenkrankheit verbunden mit hohen Mortalitäten, geringe Wasserqualität, geringe Fischwachstumsraten, die auf einer geringen Qualität der Fische aus den lokalen Brutstationen, geringer Qualität der applizierten Futtermittel und auf einer geringen Verfügbarkeit von Naturfutter beruht, sowie fehlende Beratung und damit verbunden mangelndes Basiswissen im Bereich der Aquakultur.
Es wurde eine Reihe von Verbesserungsmaßnahmen vorgeschlagen, die die landwirtschaftlichen Betriebe (z.B. modifiziertes Teichmanagement), das institutionelle und politische Rahmenwerk (z.B. Förderung der lokalen Brutstationen), sowie die Forschung betreffen. Ein Forschungsschwerpunkt in der nächsten Phase des SFB ist die Identifizierung des Erregers der Graskarpfenkrankheit und das Auffinden möglicher Wege zur Krankheitsvorsorge und -bekämpfung. Außerdem wird ein in dieser Phase entwickeltes verbessertes Wasser- und Fütterungsmanagement wissenschaftlich getestet. Es wird erwartet, dass dieses an die lokalen Gegebenheiten angepasste Teichsystem zu signifikant höherer Fischproduktion führen wird.
1276681628
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/475/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/475/pdf/steinbronn_1.pdf
Steinbronn, Silke
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierproduktion in den Tropen und Subtropen
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2010-06-16T12:08:12Z
ddc:630
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Einfluss von Beschäftigungs- und Strukturelementen auf das Verhalten und das Beinskelett konventionell gehaltener Mastputen
Effects of environmental enrichment on behaviour and leg skeleton of turkeys under commercial farming conditions
Universität Hohenheim
Verhaltensforschung
Artgerechte Haltung
Truthuhnmast
Knochen
Truthuhn
Agriculture
angereicherte Haltungsumwelt, Beinskelett, Aktivität, Tierbeurteilung, Kannibalismus
turky, enviromental enrichment, behaviour, locomotor activity, body condition
Die konventionelle Putenmast in Deutschland ist durch die Nutzung von schweren Linien in reizarmen Intensivhaltungssystemen gekennzeichnet. Die damit einhergehenden pathologischen Verhaltensweisen und gesundheitlichen Nachteile, wie beispielsweise Kannibalismus und Beinschäden, sind nicht nur unter dem Aspekt des Tierschutzes von großer Relevanz, sondern bedeuten auch finanzielle Nachteile für die Mäster. Es wird angenommen, dass eine angereicherte Umgebung einen reduzierenden Effekt auf Kannibalismus und Federpicken, sowie einen positiven Einfluss auf den Bewegungsapparat von Puten hat.
In dieser Feldstudie wurden die Auswirkungen von Anreicherungen unter praktischen Bedingungen in der konventionellen Putenmast untersucht. Von besonderem Interesse war die Feststellung möglicher Einflüsse auf (i) Kannibalismus und Federpicken, (ii) die Bewegungsaktivität und (iii) die Gesundheit des Beinskeletts. Weiterhin sollte die Akzeptanz und die Nutzung der einzelnen Anreicherungen bestimmt und bewertet werden.
Aufbauend auf früheren Untersuchungen wurden verschiedene Anreicherungen gewählt. Ein wichtiges Entscheidungskriterium war dabei, dass die Objekte ohne größere Umbauten in bereits bestehende konventionelle Ställe integrierbar waren. Weiterhin wurde darauf geachtet, kostengünstige Strukturen auszuwählen, die zusätzlich keinen großen zeitlichen Mehraufwand für die Tierbetreuung darstellte. Als Anreicherungsobjekte wurden erhöhte Ebenen, Rundballen, Heukörbe und Palettenstapel ausgewählt. Letztere wurden im zweiten Durchgang durch Quaderballen ersetzt. Die Anreicherungen belegten 5,3 % der Stallfläche.
Es wurde ein Versuchsdurchgang in der warmen (Durchgang 1) und ein zweiter in der kalten (Durchgang 2) Jahreszeit durchgeführt. Dabei wurden schwere Mastputenlinien in konventionellen Mastputenställen mit jeweils mehr als 4500 Tieren eingestallt. 2 Ställe (A1 und A2) waren mit Struktur- und Beschäftigungsobjekten angereichert. Ein weiterer Stall verblieb unangereichert als Kontrolle. Die Tiere wurden ab der 6. LW viermal im 4-Wochenrythmus von 3 Beobachtern beobachtet. Zusätzlich wurden Videos im gleichen Zeitraum aufgenommen und mittels der kommerziellen Software INTERACT (Mangold International GmbH, Arnstorf) ausgewertet. Es wurden folgende Bereiche erfasst: Palettenstapel, erhöhte Ebene, Strohballen, nicht angereicherter Raum, Heukorb, Futterlinie und Tränkelinie. Als Verhaltensparameter wurden erfasst: Sitzen, Fortbewegung, Stehen, Komfortverhalten, Sandbaden, Scharren, Objektpicken, Umgebungspicken, Federpicken, Aggression, Drohen, Kannibalismus und Nahrungsaufnahme. Auf der Grundlage von Videoaufnahmen wurde sowohl die Dauer als auch die Anzahl der Tiere in den einzelnen Bereichen bestimmt. Als Verhaltensparameter wurden Bewegung, Sitzen und Stehen registriert. In der 15. LW wurden pro Stall 150 Tiere zufällig ausgewählt. Von diesen wurden das Lebengewicht, Zustand der Brusthaut, des Gefieders und der Metatarsalballen bonitiert. Während der Schlachtung wurde der Zustand jeder dritten Brusthaut und von jedem fünften Fußballen beurteilt. Des Weiteren wurden Länge, distale Abwinkelung und Torsion von 50 Tibiotarsi je Stall bestimmt. Mit Hilfe eines Computertomographen wurden in der Mitte der Tibiotarsi folgende Knochenparameter erfasst: Gesamtfläche, Gesamtdichte, Corticalisfläche, Corticalisdichte, Flächenträgheitsmoment. Zusätzlich wurde mittels einer Drei-Punkt-Biege-Messung die Bruchkraft der Tibiotarsi bestimmt.
Die Anreicherungen wurden von den Puten gut angenommen. Die Dauer der Ruhephasen war auf den erhöhten Ebene, den Paletten und den Quaderballen länger als im nicht angereicherten Raum. Dies weist darauf hin, dass die Tiere ihrem Ruhebedürfnis auf den Strukturen besser nachgehen konnten als im nicht angereicherten Raum. Kurze Ruhephasen im nicht angereicherten Raum sind insbesondere auf die dort vermehrt auftretenden Störungen durch Artgenossen zurückzuführen. Anhand des Anteils der Bewegung in den nicht angereicherten Bereichen konnte festgestellt werden, dass es durch die Anreicherungen zu einer gesteigerten Bewegungsaktivität kam. Die Tierbeurteilung in der 15. LW zeigte keinen Einfluss der Anreicherungen auf die Tiergesundheit. Im Hinblick auf die Beingesundheit der Puten zeigte sich eine Verringerung der Torsion des Tibiotarsus. Im Gegensatz zu den Puten in den Kontrollställen mussten die Tiere in den angereicherten Ställen flattern, klettern und hüpfen, um die Strukturelemente nutzen zu können. Dadurch wurden die Beinmuskulatur und die Beinknochen der Puten stimuliert. Die Rundballen wurden bis zum Ende der Mast von den Tieren bepickt, wohingegen die Beschäftigung mit den Heukörben nachließ. Eine Beeinflussung von Kannibalismus oder Federpicken durch die Beschäftigungselemente konnte nicht festgestellt werden, da diese Verhaltensweisen in allen Ställen sehr selten auftraten.
Die vorliegende Untersuchung belegt, dass eine kostengünstige Anreicherung der Haltungsumwelt dazu beitragen kann die Knochengesundheit von Mastputen zu verbessern. Es wurde außerdem gezeigt, dass bereits erhöhte Flächen mit nur einem geringen Höhenunterschied zur Einstreu, eine Strukturierung des Stalles in Aktivitäts- und in Ruhebereiche ermöglichen. Schließlich ist hervorzuheben, dass die Anreicherungen für die Puten während der kompletten Mastdauer anhaltend attraktiv blieben.
Commercial turkey production in Germany is characterized by the use of heavy strains and intensive management systems with a poor level of environment stimulation. This results in behavioral and health problems, which are not only relevant with respect to animal welfare but do result in substantial financial losses for the farmers. It is assumed that environmental enrichment could be a promising means for improving the locomotor system of turkeys and for reducing cannibalism and feather pecking.
The present field study deals with the effects of environmental enrichment under commercial rearing conditions. The major focus was on deducing the impact on (i) cannibalism and featherpecking, (ii) locomotor activity, and (iii) leg conditions. In addition the acceptance and the utilization of the enrichment facilities should be determined.
Based on previous work, different enrichment structures were selected. Particular attention was given to choose structures that could easily be integrated into existing stables at low costs. Moreover, the objects should not substantially increase the workload of the farmers. Raised platforms, round bales of straw, baskets filled with hay, and packs of palettes were used as enrichment objects. The latter were substituted with square bales of straw in the second experiment. The enrichment structures occupied 5.3 % of the available area of the houses.
The two successive experiments, one in the warm (Durchgang 1) and one in the cold (Durchgang 2) season, were carried out using three commercial turkey houses. Heavy strains of turkeys were kept in houses with more than 4500 animals. Two houses (A1 and A2) were enriched and one house was kept as non-enriched control. Starting from the 6th week of age the animals were observed in 4 week intervals by three observers. In addition, videos were recorded during the same time and evaluated using the commercial software INTERACT (Mangold International GmbH, Arnstorf). The following areas have been observed separately: raised platforms, square bales of straw, round bales of straw, unenriched area, wired basket filled with hay, feeder area, and drinker area. The following behaviours were determined: resting, sitting, locomotion, comfort behaviour, object pecking, environment pecking, feather pecking, aggression, dust bathing, scratching, threat, cannibalism, water intake, and food intake. The duration and the number of animals performing locomotion, sitting, and standing in the individual areas were determined. At 14th weeks of age approximately 150 animals were selected at random and weighted. The conditions of the breast skin, feathering, and foot pads were scored. At slaughter, the scorings of each third breast skin and each fifth food pad were repeated. Furthermore, after slaughter, 50 tibiotaris were randomly chosen for which length, angular distal deformity, torsional deformity were identified. Based on computer tomography the following bone parameters were determined in the middle of the total area, total density, corticalis area, corticalis density and Strain Strength Index (SSI).
The enrichment structures were well accepted and used by the turkeys. The structures were mainly used for resting. From the observed extended resting periods it can be concluded that on the enrichment structures the animals could better satisfy their need for resting than in the non-enriched areas. Short resting periods in the non-enriched area are mainly due to frequent disturbances caused by fellow turkeys. From the fractions of locomotion in the unenriched areas it could be shown that the enrichment structures yielded increased locomotor activity. There was no effect of the enrichment structures on animal health. A decreased torsion of the tibiotarsi from the enriched houses were determined. In order to access the raised plarforms, palettes, and square bales of straw, the turkeys in the enriched houses had to wing flap, climb, and jump. This resulted in strengthening of both the leg muscles and the bones. The turkeys used the round bales until the end of the fattening period, where as pecking at the basket filled with hay decreased gradually. The occurrences of threat, aggression, cannibalism, and featherpecking, were very low an all houses. Hence, no effect was found for the enrichment structures on these behaviors.
This thesis provided proof that low-cost enrichment of the environment can be advantageous with respect to the bone health of turkeys. In addition, it was demonstrated that it is possible to increase the locomotor activity of heavy strains. Furthermore, the results indicate that even small height differences between object surface and litter level suffice to enable the creation of resting areas. It should be noted that the enrichment structures did not loose attractiveness for the turkeys throughout the complete fattening period.
1276682892
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/477/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/477/pdf/Diss_Helga_Letzguss.pdf
Letzguß, Helga
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierhaltung und Tierzüchtung
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2010-08-27T11:02:35Z
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Die Mensch-Nutztier-Beziehung - Dimensionen, Einflussfaktoren und Auswirkungen am Beispiel der Schweinehaltung in Hohenlohe
The man-animal relationship - dimensions, influencing factors and impacts using the example of pig husbandry in the region Hohenlohe
Universität Hohenheim
Schweinehaltung
Einstellung
Einfühlung
Agriculture
Mensch-Nutztier-Beziehung
man-animal-relationship
pig husbandry
empathy
attitude
Von Gesellschaft und Politik wird häufig eine neue Ethik in der Mensch-Nutztier-Beziehung gefordert. Der modernen Landwirtschaft wird häufig vorgeworfen, die Nutztiere als reine Produktionsmittel anzusehen. Das Verhältnis zwischen Mensch und Tier sei allein von ökonomischen Interessen bestimmt. Diese Anklage rückt das ambivalente Verhältnis zwischen Landwirt und Nutztier in den Mittelpunkt: Einerseits ist das Tier ein Wertgegenstand, andererseits ein lebendes Individuum mit eigenen Verhaltensmustern und Bedürfnissen, dem eine Du-Evidenz zugestanden werden kann. Es wird vermutet, dass in modernen Tierhaltungen mit entsprechend hohen Bestandszahlen jedoch eher eine kollektive Mensch-Tier-Beziehung vorliegt und das Nutztier daher nur als anonymes Exemplar einer Kategorie wahrgenommen wird.
Die vorliegenden Forschungsarbeiten liefern diesbezüglich jedoch widersprüchliche Ergebnisse. Zudem liegen hier verschiedenste Definitionen der Mensch-Nutztier-Beziehung und deren Dimensionen vor. In der vorliegenden Arbeit sollte daher zum Ersten das Konstrukt Mensch-Nutztier-Beziehung in allen seinen Facetten abgebildet werden. Weiterhin sollte geklärt werden, wie sich die Mensch-Nutztier-Beziehung in modernen Tierhaltungen tatsächlich darstellt und welchen Einflüssen sie unterliegt. Dazu wurde eine Befragung bei einer Erzeugergemeinschaft für Mastschweine und Ferkel in Hohenlohe durchgeführt. Die Schweinehaltung bot die Möglichkeit, die Mensch-Nutztier-Beziehung innerhalb einer Produktionsrichtung bei unterschiedlich intensiven (hinsichtlich Zeitaufwand und Kontakt zum Einzeltier) Produktionsschritten zu analysieren. Als Grundlage für den verwendeten Fragebogen diente eine eigens zusammengestellte Itemsammlung, deren Elemente zum einen der Literatur entnommen und zum anderen aus den Ergebnissen von Expertengesprächen entwickelt wurden.
Die Auswertung der Daten konzentrierte sich auf die Produktionszweige Schweinemast und Ferkelerzeugung. Die Untersuchung ergab, dass die Beziehung der Ferkelerzeuger zu ihren Tieren signifikant enger war als die der Mäster zu ihren Schweinen. Die Ferkelerzeuger waren sogar als diejenigen Schweineproduzenten anzusehen, die unter allen Probanden die engste Beziehung zu ihren Tieren hatten. Bei den Schweinemästern dagegen war die Mensch-Nutztier-Beziehung im Vergleich zu den anderen Produktionszweigen am wenigsten stark ausgeprägt.
Die in anderen Arbeiten beschriebene Abhängigkeit der Mensch-Nutztier-Beziehung von der Bestandszahl konnte sowohl bei den befragten Mästern als auch bei den Ferkelerzeugern bestätigt werden. Die Aussage von Kather (1999), dass selbst bei großen Beständen eine enge Beziehung zwischen Mensch und Tier möglich sei, konnte im Hinblick auf die untersuchte Stichprobe folglich nicht unterstützt werden.
Ein Zusammenhang zwischen der Länge der im Stall verbrachten Zeitspanne und der Mensch-Nutztier-Beziehung konnte nicht nachgewiesen werden. Dies unterstützt die Vermutung, dass die Ausprägung der Mensch-Nutztier-Beziehung weniger von der reinen Länge der im Stall verbrachten Zeitspanne abhängt, sondern eher von der währenddessen stattfindenden Kommunikation des Landwirts mit den Tieren.
Faktoren, die die Person des Landwirts betrafen, beeinflussten die Mensch-Nutztier-Beziehung weniger als erwartet. So konnten weder Zusammenhänge zwischen dem Geschlecht des Tierbetreuers noch zwischen seiner eventuellen Elternschaft und der Mensch-Nutztier-Beziehung gefunden werden. Auch die Konfession der befragten Landwirte beeinflusste deren Mensch-Nutztier-Beziehung nicht signifikant, was im Gegensatz zu den Ergebnissen von Porcher et al. (2004) steht. Die Auswertung ergab allerdings, dass das Alter der Landwirte hinsichtlich der Ausprägung der Mensch-Nutztier-Beziehung eine Rolle spielte. Ältere Landwirte hatten eine engere Beziehung zu ihren Tieren als Repräsentanten der jüngeren Generation. Die Mensch-Nutztier-Beziehung wurde auch von der sogenannten Professionalität der Landwirte beeinflusst: je höher der Ausbildungsgrad der Landwirte, desto weniger stark ausgeprägt war ihre Beziehung zu ihren Nutztieren. Diese Ergebnisse decken sich mit den Befunden von Porcher et al. (2004).
Um einen vollständigen Überblick über die Mensch-Nutztier-Beziehung zu geben, wurde in der vorliegenden Arbeit auch den Auswirkungen der Beziehung zwischen Landwirt und Nutztier Beachtung geschenkt. Es wurde deutlich, dass durch unguten Umgang bei den Tieren leicht eine Furcht- bzw. Stressreaktion ausgelöst werden kann, die sowohl deren Wohlbefinden als auch deren Leistung negativ beeinflusst. Die Mensch-Nutztier-Beziehung ist daher nicht nur aus tierschützerischer und ethischer Sicht interessant, sondern auch aus der ökonomischen Perspektive wichtig und folglich als bedeutender Qualitätsfaktor in der Nutztierhaltung anzusehen.
The relationship between farmers and their animals in modern agriculture is often seen as a problem concerning the whole society and a new ethics is demanded. Modern livestock husbandry is seen to consider the animals only as a capital equipment. The relationship between the farmer and his animals is seen as dominated by economic interests. This accusation points to the ambiguous relationship between man and livestock: on the one hand the animal is an object of value, on the other hand it´s a living individual with own needs which can be accepted as a ?you?.
In modern livestock husbandries, with high numbers of animals, a collective relationship between the farmer and his stock is quite probable and the animal is seen as a anonymous specimen of the whole bulk.
Current papers concerned with this matter, nevertheless provide inconsistent conclusions. Furthermore it is not clear, what is meant by the complex ?man - farm animal relationship?. Different terms such as empathy, attitude and communication are partly used as synonyms, partly however they´re understood as different dimensions of the construct.
In this paper therefore at first the complex man - farm animal relationship was described in all its dimensions. Furthermore it was investigated how this relationship turns out to be in fact in modern livestock production and what the influencing factors are.
A survey was conducted with farmers from an agricultural association for producing rearing pigs and piglets in the area of Hohenlohe. Pig production provides the possibility to analyse the relationship between farmers and their animals within different production lines and therefore variably intensive processes (concerning expenditure of time and contact to the individual animal). The questionnaire was based on a collection of items especially composed for this survey. It contained elements both from the relevant literature and from results of interviews with pig production experts. The data evaluation concentrated on the lines rearing pig production an piglet production.
The analysis showed that in piglet production the farmers had a significantly closer relation to their animals than the rearing pig farmers, in fact the piglet producers had the closest relationship to their animals of all respondents. In rearing pig production the man-farm animal relationship was least developed of all production lines.
The connection between man - farm animal relationship and the size of the stock, which is mentioned in other studies, could also be attested in the sample, both with rearing pig producers and piglet producers. The statement of Kather (1999), that even in a large livestock a close relationship between farmer and animal is possible, therefore couldn´t be confirmed.
Furthermore a link between the period of time a farmer spent in the stable and his relationship to the animals couldn´t be found. This supports the assumption, that the strength of this relationship rather depends on the form of communication between farmer and animals, that takes places within this time.
Personal factors of the farmer influenced the relationship to the animals less than expected. The gender of the farmer or a possible parenthood also didn?t show an influence on the man - farm animal relationship. Also the religious confession of the farmers didn´t influence their relationship to their animals, which differs from the findings of Porcher et al. (2004). However the data analyses showed that the age of
the farmers affected their relationship to the animals. Elder farmers had a closer relationship than younger ones. The man - farm animal relationship was also affected by the professionalism of the interviewees: the better educated the farmers were, the less strong their relationship to the animals. This coincided with the results of Porcher et al. (2004).
To give a complete review about the complex man - animal relationship its effects on animal and man were also analysed. It was shown that bad handling causes fear and stress in animals, thus well-being and performance of the animals are suffering. The relationship between farmers and their animals therefore not only concerns animal protection and ethics, but also affects economic parameters. Accordingly the man - farm animal relationship can be considered as an important quality factor in livestock production.
1282899649
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/480/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/480/pdf/Diss._A._Skipiol.pdf
Skipiol, Annette
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Sozialwissenschaften des Agrarbereichs
oai:opus.uni-hohenheim.de:496
2010-09-20T12:48:10Z
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-4962
Genetics of resistance to ear diseases and mycotoxin accumulation in the pathosystems maize/Fusarium and wheat/Fusarium
Universität Hohenheim
Fusarium graminearum
Fusarium
Mais
Weizen
Deoxynivalenol
Zearalenon
Agriculture
F. verticillioides
Fumonisin
Fusarium graminearum
F. verticillioides
maize
wheat
mycotoxins
Infection of ears of maize with Fusarium graminearum (FG) reduces yield and, more important, contaminate the harvest with mycotoxins. F. verticillioides (FV) is an economically important cause of ear rot. Among other mycotoxins, FV produces the fumonisins (FUM) and FG produces deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEA). All three mycotoxins are harmful to humans and animals. Therefore, the European Union released legally enforceable limits. One alternative to reduce ear rot severity and mycotoxin concentrations is breeding and growing varieties resistant to Fusarium infections. However, few is known about breeding parameters for resistance to Fusarium infections and mycotoxin accumulation in European maize breeding material. The main objective of this thesis was to draw conclusions for breeding of resistance to ear rot and mycotoxin accumulation with special attention on three European maize maturity groups. We investigated methodical aspects like (1) the comparison of natural and artificial inoculation to evaluate ear rot resistance and (2) the necessity of separate testing of FV and FG. Furthermore, quantitative-genetic parameters like heritabilities and correlations were estimated to draw conclusions about (3a) genetic variation in line and testcross performance and the relationships (3b) between ear rot severity and mycotoxin concentrations in lines and testcrosses and (3c) between line and testcross performance. Three maturity groups (early, mid-late, late) each comprising about 150 maize inbred lines were evaluated for ear rot resistance to FV. The same genotypes of the early maturity group were additionally evaluated for resistance to FG in separate, but adjacent trials. Field evaluation was conducted in two to six environments with silk channel inoculation and natural infection, respectively. In the late maturity group kernel inoculation was conducted additionally. Out of the 150 lines, 50 to 60 lines per maturity group were crossed with two unrelated testers of the opposite heterotic group. The concentrations of toxins FUM, DON and ZEA of the chosen lines and their testcrosses were analyzed by immunotests. Despite significant genotypic differences among the inbred lines after inoculation or natural infections, inoculation was found to be superior due to easier visual differentiation and increased accuracy. Therefore, inoculation should be conducted. In the late maturity group silk channel inoculation (simulating infection over the silks) and kernel inoculation (simulating secondary infection after wounding) were appropriate since both caused similar ear rot severity. However, both inoculation methods should be tested separately due to only moderate correlations between them. In the early maturity group resistance to FG or FV should be tested separately due to moderate correlations. Significant genotypic variances in large sets and subsets of lines and also in testcrosses revealed that there is genetic variation in all maturity groups and also within heterotic groups. In the flint group less lines were resistant to FV and FG than in dents indicating that resistance needs improvement, i.e. by introgression of resistance alleles followed by recurrent selection. Significant genotype x environment interactions may complicate selection and, therefore, multi-environmental trials are required for an accurate selection. High genotypic correlations between ear rot rating and mycotoxin concentrations were found among lines and testcrosses. The cost efficient indirect selection for mycotoxin concentrations based on ear rot rating could increase response to selection by testing more genotypes and/or in more test environments assuming a fixed budget. This should increase selection intensity and/or heritability. Moderate genotypic correlations between line and testcross performance were. One moderately to highly susceptible tester is sufficient due to high genotypic correlations between testcrosses of different testers. Both indicates a mainly additive gene action, but also non-additive gene action may play a role in some crosses. Selection for testcross performance based on line performance was less effective when calculating relative efficiencies. Different scenarios have been identified: (1) In Central Europe mainly resistance to ear rot in lines needs to be tested to ensure high seed quality, whereas resistance in testcrosses is not important due to low natural infection. (2) In Southern Europe, where high natural infections occur regularly, parallel selection for resistance to ear rot in lines and testcrosses is important. One susceptible tester should be used for creation of testcrosses. For selection in lines all parental lines should be inoculated but only lines selected out of testcrosses for agronomic traits would be rated afterwards saving resources. This is feasible due to later harvest date of lines than of testcrosses.
Infektionen der Kolben von Mais mit Fusarium graminearum (FG) führen zu Ertragsverlusten und, viel wichtiger, zu einer Kontaminierung der Ernte mit Mykotoxinen. Zusätzlich ist F. verticillioides (FV) ein ökonomisch wichtiger Erreger der Kolbenfäule. FV produziert, neben anderen Mykotoxinen, die Gruppe der Fumonisine (FUM) und FG Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEA). Diese Toxine sind für Mensch und Tier gesundheitsschädigend, weshalb die EU Höchstmengen hierfür festgelegt hat. Eine Alternative zur Toxinverringerung bietet die Züchtung Fusarium-resistenter Sorten. Jedoch ist bisher wenig über züchterische Parameter für Kolbenfäuleresistenz in europäischem Zuchtmaterial bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, Schlussfolgerungen für die Züchtung der Resistenz gegen Kolbenfäule und Mykotoxinbelastung zu ziehen. Hierzu wurden (1) künstliche Inokulation und natürliche Infektion verglichen und (2) untersucht, ob getrenntes Testen der Resistenz gegen FV und FG nötig ist. Außerdem wurden quantitativ-genetische Parameter wie Heritabilitäten und Korrelationen geschätzt, um Schlussfolgerungen bezüglich (3a) der genetischen Variation in Linien und Testkreuzungen, sowie den Beziehungen (3b) zwischen Bonitur und Toxinkonzentrationen und (3c) zwischen per se und Testkreuzungsleistung ziehen zu können. Drei Reifegruppen (früh, mittelspät, spät) mit jeweils 150 Inzuchtlinien wurden auf Kolbenfäuleresistenz nach Inokulation mit FV untersucht. In der frühen Reifegruppe wurden zusätzlich die gleichen Genotypen in getrennten, aber benachbarten Versuchen auf ihre Resistenz gegen FG untersucht. Die Untersuchungen fanden an zwei bis sechs Umwelten statt, wobei mit Narbenfadenkanalinokulation bzw. natürlicher Infektion infestiert wurde. In der späten Reifegruppe wurde zusätzlich die Korninokulation angewendet. Aus den 150 Linien wurden 50 ? 60 Linien pro Reifegruppe mit zwei unverwandten Testern der jeweilig anderen heterotischen Gruppe gekreuzt. Mit Immunotests wurden die FUM-, DON- und ZEA-Konzentrationen der ausgewählten Linien als auch deren Testkreuzungen analysiert. Trotz signifikanter genotypischer Unterschiede zwischen den Linien nach Inokulation oder natürlicher Infektion, war die Inokulation überlegen, da die visuelle Differenzierung einfacher und die Präzision höher war. Deshalb sollte inokuliert werden. In der späten Reifegruppe waren sowohl Narbenfadenkanal- (simuliert Infektion über die Narbenfäden) als auch Korn-Inokulation (simuliert Sekundärinfektion nach Verwundung) geeignet, einen ähnlich hohen Kolbenfäulebefall hervorzurufen. Dennoch sollten beide Methoden aufgrund nur moderater Korrelationen getrennt getestet werden. In der frühen Reifegruppe sollten Resistenzen gegen FG oder FV aufgrund moderater Korrelationen getrennt getestet werden. Signifikante genotypische Varianzen in großen und kleinen Populationen sowie deren Testkreuzungen weisen auf genetische Variation für alle Merkmale in allen Reife- und heterotischen Gruppen hin. Im Flintpool wurden weniger resistente Linien gefunden als im Dentpool, was auf eine geringere Resistenz hindeutet. Deshalb sollte der Flintpool via Introgression von Resistenzallelen aus anderem Zuchtmaterial verbessert werden. Aufgrund der signifikanten Genotyp x Umwelt-Interaktionen sollten Resistenztests in mehreren Umwelten durchgeführt werden, um eine akkurate Selektion zu sichern. Hohe genetische Korrelationen zwischen Bonitur und Toxinkonzentrationen wurden sowohl in den Linien als auch in den Testkreuzungen gefunden. Die kostengünstigere indirekte Selektion auf verringerte Toxinkonzentrationen anhand der Bonitur ist unter der Annahme eines fixen Budgets effizienter, da der Selektionserfolg der indirekten Selektion durch Testen von mehr Genotypen und in mehr Umwelten erhöht werden könnte. Moderate genetische Korrelationen zwischen Linien- und Testkreuzungsleistung wurden gefunden. Ein moderat bis hoch anfälliger Tester ist ausreichend für Topcrosstests, da die genetischen Korrelationen zwischen Testkreuzungen verschiedener Tester hoch waren. Beides weist auf eine überwiegend additive Vererbung hin, wobei aber auch eine nicht-additive Vererbung in manchen Kreuzungen eine Rolle spielen könnte. Die Selektion anhand der Linien für Testkreuzungsleistung ist nicht effektiv, da die relativen Effizienzen kleiner als eins waren. Unterschiedliche Szenarien für die Züchtung wurden festgestellt: (1) In Mitteleuropa ist hauptsächlich die Resistenz in den Linien wichtig, um eine hohe Saatgutqualität zu sichern, jedoch in den Testkreuzungen nicht, da hier nur eine geringe natürliche Infektion vorkommt. (2) In Südeuropa, wo regelmäßig eine hohe natürliche Infektion vorkommt, ist die Selektion auf Resistenz sowohl in den Linien als auch in den Testkreuzungen wichtig. Für die Selektion in den Linien sollten alle Elternlinien inokuliert werden. Allerdings werden nur die Linien bonitiert, welche zuvor anhand von Testkreuzungen für agronomische Merkmale wie Ertrag selektiert wurden.
1284979690
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/496/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/496/pdf/Diss_Martin_Messerschmidt.pdf
Messerschmidt, Martin
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landessaatzuchtanstalt
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2010-10-14T13:15:07Z
ddc:630
pub-type:8
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Investigations on herbicide resistant grass weeds
Universität Hohenheim
Ungräser
Ackerfuchsschwanzgras
Resistenz
Windhalm
SNP
Agriculture
herbicide resistance
target-site resistance
apera spica-venti
alopecurus myosuroides
snp
Weeds are one of the most troublesome threats for farmers, causing high yield losses and serving as hosts for pathogens and insect pests. Since the introduction of chemical weed control agricultural production systems have changed. During the last years the number of herbicide resistant grass weeds is steadily increasing especially in cereal monocultures. These monocultures are characterised by the repeated use of herbicides with the same modes of action and minimum-tillage practices. All these factors can one by one or all together lead to the development of herbicide resistant grass weeds. In general herbicide resistance is the result of heritable changes to biochemical processes that enable plant survival when treated with herbicides. Two different mechanisms are commonly known to confer resistance: target-site resistance and non-target-site resistance. First is the result of an altered target enzyme, where a single point mutation is changing the amino acid structure and exclude herbicide from effectively binding to the target enzyme. The second one, non-target-site resistance, can be summarised as the mechanisms which includes all other mechanisms than target-site resistance, for example rapid metabolic degradation or translocation of herbicides.
In Germany, the most trouble causing weeds associated with target-site resistance are the grass weeds Alopecurus myosuroides Huds. and A. spica-venti L. Beauv.. All investigations carried out during this thesis are dealing with those two weed species. Therefore the main objectives of this thesis are the following:
To characterise the resistance levels and patterns of both species.
To identify the underlying resistance mechanisms.
To develop molecular markers for rapid detection of target-site based resistance.
To get an idea of the spatial and temporal distribution of herbicide resistant grass weeds in arable fields.
Both investigated species are highly adapted to cereals and developed resistance against ACCase and ALS inhibiting herbicides. So they are an increasing problem for German farmers and in consideration of the fact, that both weeds have developed multiple resistances, detecting and management strategies for controlling and preventing of these weeds are absolutely necessary.
Carried out dose response relationships proved strong resistance of the A. myosuroides biotype BR(R) against cycloxydim and fenoxaprop, where low resistance was expressed against clethodim. However, biotype BL(R) showed resistance to fenoxaprop and clodinafop only.
Dose response experiments carried out with the A. spica-venti biotype showed resistance to sulfosulfuron and iodo-/mesosulfuron. No cross resistances could be detected in both species.
The carried out DNA analysis revealed target-site resistance as the underlying resistance mechanism. BR(R) and BL(R) showed well known substitutions: an amino acid change on position 1781 with in the CT domain result in a change of Leu to Ile which confers resistance to APPs and CHDs in the biotype BR(R). The mutation of Gly to Ala on position 2096 within the CT domain causes resistance to APPs only. Also in the A. spica-venti biotype a amino acid change is the responsible resistance mechanism: a change of Pro to Thr at position 197.
These sequencing results serve as basis for the development molecular markers. Designed markers based on dCAPS technology. Such markers were developed to detect SNPs which can cause amino acid changes on the constitutive enzymes. Developed markers can rather differentiate between heterozygous and homozygous resistant alleles. Their technology is based on the fact that restriction endonucleases can cut DNA strands on specific recognition sites. This fact can be used for developing markers which are cutting the DNA in a previously generated PCR fragment on the mutation or wild-type sites, respectively. If there is no recognition site, it can be implemented by specific primers during the PCR. By these markers suspicious samples can be analysed and the results give an advice for management strategies, because target- and non-target-site resistance need different controlling strategies.
Investigations on the spatial and temporal distribution of weed populations where carried out on an arable field, invested with herbicide resistant A. myosuroides. Collected and analysed leave samples give information about the spatial dynamics of homozygous, heterozygous and sensitive plants in the field. Results show that the distribution of resistant plants depends on the weed density. Besides the weeds are distributed heterogeneous on the field and occur in patches that are persistent over several years. This example revealed that herbicide resistance is rather associated with crop cultivation measurements. Changes in herbicidal and cultivation measurements shall be practiced to control and to prevent the occurrence of herbicide resistant grass weeds.
Unkräuter stellen die wirtschaftlich bedeutendste Gruppe der Schadorganismen dar. Sie verursachen hohe Ertragsverluste und dienen zudem als Wirte für Pathogene und Insekten. Seit Einführung der ersten systemischen Herbizide vollzieht sich ein stetiger Wandel in der Agrarproduktion. Heutzutage ist der Anbau von Agrarprodukten ohne den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln nicht vorstellbar. Aus wirtschaftlichen Gründen hat sich der Pflanzenbau stark gewandelt. Besonders Monokulturen, enge Fruchtfolgen, die wiederholte Anwendung von Herbiziden mit dem gleichen Wirkungsmechanismus und reduzierte Bodenbearbeitung kennzeichnen diese Entwicklung und stellen den Hauptgrund für immer höhere Unkrautdichten dar. Zudem wird immer häufiger über Minderwirkungen von Pflanzenschutzmitteln berichtet. In Europa haben sich vor allem Populationen von Alopecurus myosuroides und Apera spica-venti mit Herbizidresistenzen gegenüber ACCase- und ALS-Inhibitoren selektiert. Da über die beiden Ungrasarten auch in Deutschland zunehmend in Zusammenhang mit Herbizidresistenz berichtet wird, wurden speziell diese Ungräser auf ihre Resistenzentwicklung hin untersucht. Damit ergeben sich für diese Arbeit folgende Aufgabenstellungen:
Charakterisierung der Resistenz ausgewählter A. myosuroides und A. spica-venti Biotypen und die Feststellung ihrer Resistenzausprägung gegenüber verschiedenen herbiziden Wirkstoffgruppen
Bestimmung der zugrunde liegenden Resistenzmechanismen: Wirkortspezifische oder wirkortunspezifische Resistenz
Entwicklung von molekularen Markern zum schnellen und einfachen Nachweis wirkortspezifischer Resistenz und den verursachenden Allelen
Anlage und Prüfung eines neuen Versuchsdesigns für Langzeit-Feldversuche zur Untersuchung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung von herbizidresistenten Ungräsern innerhalb einer Praxisfläche.
Die Ergebnisse der Untersuchung der Resistenzausprägung bestätigten signifikante Unterschiede der resistenten Biotypen gegenüber den sensitiven Biotypen. Dosis-Wirkungsexperimente zeigten eine eindeutige Resistenz des A. myosuroides Biotyps BR(R) gegenüber FOP und DIM Herbiziden. Die ermittelten Resistenzfaktoren lagen zwischen RF = 8.8 für Clethodim und RF = 130 für Cycloxydim. Der Biotype BL(R) hingegen weist nur eine Resistenz gegenüber den FOP Herbiziden auf. Die für den A. spica-venti ermittelten Resistenzfaktoren lagen bei RF = 83.9 für Sulfosulfuron und bei RF = 10.9 im Fall von Iodo-/Mesosulfuron. Eine Kreuzresistenz gegenüber Herbiziden mit anderen Wirkorten konnte ausgeschlossen werden.
Um die zugrunde liegenden Resistenzmechanismen zu ermitteln, wurden DNA Sequenzierungen durchgeführt. Dabei wurde für alle drei Biotypen eine wirkortspezifische Mutation nachgewiesen. Ein Aminosäureaustausch von Leucin zu Isoleucin an Position 1781 wurde im BR(R) Biotyp nachgewiesen. Dieser verursacht eine Resistenz gegenüber FOPs und DIMs. Die nur gegen die FOPs ausgeprägte Resistenz von BL(R) wird durch eine Veränderung von Glycin zu Alanin an Position 2096 verursacht. Beide Aminosäureveränderungen führen also zu unterschiedlichen Resistenzausprägungen.
Auch der Resistenz des A. spica-venti Biotyps liegt eine Wirkortveränderung zu Grunde. Ein Austausch der Aminosäuren von Prolin zu Threonin an Position 197 des für die ALS kodieren Gens ist die Ursache dieser Resistenz. Dies konnte durch einen ALS-Enzym-Assay der sensitiven und resistenten Biotypen belegt werden, bei dem die Enzymaktivität durch den ALS-Wirkstoff im resistenten Biotype deutlich weniger beeinflusst wird.
Auf den Sequenzierergebnissen beruhend wurden molekulare Marker anhand der dCAPS Methode entwickelt. Im Gegensatz zur DNA Sequenzierung, ist diese Methode sehr schnell und kostengünstig, zudem lassen sich auch heterozygote Resistenzen eindeutig nachweisen.
Um die Populationsdynamik von Biotypen mit einer wirkortspezifischen Resistenz zu untersuchen, wurde eine Praxisfläche mit einem natürlichen Vorkommen einer resistenten Ackerfuchsschwanzpopulation beobachtet. Die Ergebnisse zeigten eine Persistenz der Ungrasnester über den untersuchten Zeitraum. Die Unkrautdichte, hing von den angebauten Kulturpflanzen und dem Ungrasmanagement ab. Die Analyse und Darstellung der Genotypen gesammelter Einzelpflanzen zeigte eine positive Korrelation zwischen der Unkrautdichte und dem Anteil an resistenten Ackerfuchsschwanzpflanzen.
Die erzielten Ergebnisse sollen einem besseren Verständnis der Einflußfaktoren auf die Entstehung von Herbizidresistenzen bei Ungräser dienen und somit zukünftige Managementmaßnahmen unterstützen.
1287054907
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/485/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/485/pdf/Diss_Balgheim.pdf
Balgheim, Natalie
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Phytomedizin
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2010-10-14T13:57:24Z
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Environmental enrichment in intensive production systems for farm animals
Universität Hohenheim
Nutztiere
Verhalten
Leistung
Anreicherung
Agriculture
Umweltanreicherung
Nutztiere
Verhalten
Leistung
environmental enrichment
farm animals
behaviour
performance
Barren and space restricted environment of intensive production systems thwarts the expression of numerous behavioural patterns due to inadequate stimulation. Consequently, animals may develop various abnormal and damaging behaviours or may be in general less active, which contributes to the expression of leg disorders, especially in fast growing animals. These problems may be alleviated with appropriate environmental enrichment, therefore the objective of the thesis was to elucidate the appropriateness of selected environmental enrichments in fattening pigs, growing rabbits, laying hens and fast growing broilers. For this purpose, four studies were conducted. In the first study we wanted to examine the effect of small amount of straw or hay (100 g per animal per day) laid daily in a rack on the behaviour, growth rate and carcass composition of fattening pigs of both sexes (castrated males, females) housed in slatted floor pens. In the second study we studied the influence of gnawing sticks made of Norway spruce (Picea abies) on the behaviour of male growing rabbits (Slovenian sire line SIKA for meat production) housed individually in wire-mesh cages. The third study included laying hens with enhanced diet complexity ? instead of only one, hens were fed two diets in sequence. We studied the effect of sequential feeding with wheat on the behaviour, feed intake, feather condition and egg production of non beak-trimmed ISA Brown laying hens housed in standard cages (five birds/cage). The birds were allotted to one of four treatments. The control (C) was fed a conventional complete diet. Three treatments were fed sequentially with whole wheat (SWW), ground wheat (SGW) or ground wheat with a vitamin premix, phosphorus and oil (SGWI). In sequential treatments, 50% of the ration was fed as wheat from 9:00 to 16:00 o?clock and the remaining 50% as a protein-mineral concentrate (balancer diet) from 16:00 to 9:00 o?clock. In the fourth study we examined the effect of environmental enrichment on foraging behaviour, locomotor activity, growth and feed conversion of fast growing broilers (Ross 308). Animals were allotted to three treatments. The control birds (C) were fed with pellets in a trough, the W birds received additionally to pellets in a trough a small quantity of whole wheat scattered twice a day in the litter. In the P treatment the trough was removed at 14 days of age and feed pellets were scattered in the litter five times a day.
Environmental enrichment of fattening pigs with small amount of hay or straw increased the proportion of time animals were active on account of increased occupation with substrate. However, increased proportion of total activity was noticed only in females, which also spent more time chewing substrate than castrated males. Both substrates significantly reduced time spent biting pen bars and the frequency of aggressive encounters. Neither hay nor straw negatively influenced pigs? growth rate and lean meat percentage, whereas sex of the animals significantly influenced both traits. Females grew slower and had greater lean meat percentage than castrated males. In contrast to fattening pigs, environmental enrichment had almost no influence on the behaviour of growing rabbits. Gnawing sticks made of Norway spruce did not attract much of rabbits? interest and significantly influenced only the duration of feeding by 2.08 ± 0.87%. In laying hens, SWW birds spent less time feeding and stood still longer compared to birds in other treatments when fed wheat based diet. This influenced the occurrence of feather pecking, because four hours after distribution of wheat diets, feather pecking was the highest in the SWW and the lowest in the SGW treatment. Consequently, the poorest feather condition was recorded in the SWW treatment. Total feed intake was the highest in the C treatment, while birds ate greater amount of balancer diet compared to wheat based diets. In fast growing broilers, the environmental enrichment with scattered whole wheat (W) did not influence any of the observed behaviour. However, scattering feed pellets in the litter (P) significantly decreased time spent lying in the third and fourth week of age. From the third week onwards, P birds also spent more time walking, scratching and pecking compared to the C and W birds. In feed intake, feed conversion and growth rate there was no difference between the C and W treatment, whereas birds in the P treatment grew significantly slower, which resulted in 13% lower slaughter weight.
To conclude, small amount of hay and straw proved to be an appropriate and inexpensive environmental enrichment for fattening pigs in intensive housing systems, which improved their welfare. The addition of wooden sticks for gnawing demonstrated to be an unsuitable environmental enrichment for growing rabbits. Sequential feeding with wheat had a detrimental effect on laying hens? behaviour and feather condition when used with whole wheat. Therefore, wheat should be used either grounded or perhaps presented in shorter time periods. In fast growing broilers, scattering feed pellets in the litter proved to be a promising method to enhance broilers? activity and thus to improve their welfare. However, further research is needed to be able to avoid reduction in body weight at slaughter age.
Intensive Tierhaltungssysteme sind durch hohe Besatzdichte und reizarme Umgebung gekennzeichnet. Die mangelnde Stimulation in dieser Umgebung führt zu Problemen bei der Ausführung verschiedener Verhaltensweisen. Die Folgen dieser Haltungsbedingungen sind oft eine verringerte allgemeine Aktivität sowie anomale und teilweise auch schädigende Verhaltensweisen. Insbesondere die reduzierte Aktivität wird bei schnell wachsenden Masttieren als Ursache für Beinschäden angesehen. Es wird angenommen, dass die genannten Probleme durch Anreicherung der Umweltbedingungen behoben werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die Eignung verschiedener Methoden zur Anreicherung der Umwelt bei Mastschweinen, Mastkaninchen, Legehennen und Broilern zu untersuchen. Es wurden vier Versuche durchgeführt. Im ersten Versuch (Untertitel 2.1) wurde das Angebot von Stroh und Heu (100 g pro Tier und Tag) in einer Raufe auf Verhalten, Wachstum und Körperzusammensetzung von weiblichen und kastrierten männlichen Mastschweinen auf Spaltenboden untersucht. Im zweiten Versuch (Untertitel 2.2) wurde der Einfluss von Nagehölzern aus Fichte (Picea abies) auf das Verhalten einzeln gehaltener männlicher Kaninchen der slowenischen Zuchtlinie für die Fleischproduktion SIKA untersucht. In der dritten Studie (Untertitel 2.3) wurden zur Anreicherung der Umwelt bei Legehennen Rationen unterschiedlicher Art abwechselnd angeboten (sequential feeding). Die Rationen bestanden aus Weizen in unterschiedlicher Form (ganze Weizenkörner, geschrotete Weizenkörner und geschroteten Weizen mit einer Ergänzung von Vitaminen, Phosphor und Fett) sowie einem Ergänzerfutter in Mehlform. Jeweils eine Ration wurde vormittags und eine nachmittags verabreicht. Der Effekt dieser sequenziellen Verabreichung von verschiedenen Rationen gegenüber einer Standardfütterung mit einem Alleinfutter in Mehlform wurde an braunen Legehennen (ISA Brown) in Hinsicht auf Verhalten, Futteraufnahme, Befiederung und Legeleistung untersucht. In der vierten Untersuchung (Untertitel 2.4) wurde eine Anreicherung der Umwelt über die Verabreichung eines Teils der Futterration von Broilern über die Einstreu durchgeführt. Dabei wurden entweder ganze Weizenkörner, oder ein Alleinfutter in pelletierter Form in die Einstreu gestreut.
Die Anreicherung der Umwelt von Mastschweine in mit Heu und Stroh erhöhte den Anteil der Zeit, in der sich die Tiere mit dem Substrat beschäftigten. Die Erhöhung der Gesamtaktivität konnte jedoch nur bei weiblichen Tieren festgestellt werden. Diese wiesen auch mehr Zeit zum Kauen des Substrats auf als die Kastraten. Die beiden eingesetzten Substrate reduzierten signifikant die Zeit, die die Tiere mit Stangenbeißen zubrachten. Auch die Anzahl der aggressiven Auseinandersetzungen war reduziert. Wachstum und Anteil an Magerfleisch wurden zwar durch das Geschlecht (weibliche Tiere wuchsen schneller und hatten einen höheren Anteil an Magerfleisch als Kastrate), nicht aber durch die Anreicherung beeinflusst.
Im Gegensatz zu den Mastschweinen hatte die Anreicherung der Umwelt keinen Einfluss auf das Verhalten der Mastkaninchen. Die Knabberhölzer aus Fichtenholz wurden von den Tieren wenig beachtet. Lediglich die Dauer des Fressens wurde um 2,08 ± 0,87% verlängert.
Bei Legehennen war die Zeit des Fressens bei der Gruppe, die sequenziell mit ganzen Weizenkörnern und einer Ergänzerration gefüttert wurde, gegenüber der Kontrollgruppe reduziert und die Dauer des Stehens verlängert. Diese Behandlung förderte das Federpicken. Es wurde beobachtet, daß vier Stunden nach der Verteilung der ganzen Weizenkörner die Häufigkeit des Federpickens am höchsten war. Entsprechend der Verhaltensbeobachtungen konnte auch in dieser Gruppe, die ganze Weizenkörner erhielt, die schlechteste Befiederung festgestellt werden. In der Gruppe, die sequenziell mit geschrotetem Weizen und einer Ergänzerration gefüttert wurde, war dagegen in dem vergleichbaren Zeitabschnitt die Häufigkeit des Federpickens am geringsten. Die gesamte Futteraufnahme war in der Kontrollgruppe höher als in den Gruppen, die sequenziell gefüttert wurden.
Die Verteilung von Weizen in der Einstreu hatte keinen Einfluss auf das Verhalten schnell wachsender Broiler. Wenn die gesamte Futterration in die Einstreu gestreut wurde, stieg die Zeit, in welcher die Tiere aktiv waren und in der Einstreu pickten und scharrten, gegenüber den beiden anderen Versuchsgruppen an. Allerdings hatte diese Behandlung einen negativen Einfluss auf das Wachstum der Tiere. Zwischen der Gruppe, die ganze Weizenkörner in der Einstreu erhielt und der Kontrollgruppe wurde dagegen kein signifikanter Unterschied in Futteraufnahme, Wachstum und Futterverwertung festgestellt.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Verabreichung kleiner Mengen an Heu oder Stroh offensichtlich eine geeignete und ökonomisch wenig belastende Methode ist, um die Umwelt von Mastschweine in intensiven Haltungssystemen anzureichern. Die steigende Beschäftigung mit dem Material und die reduzierte Aggression tragen zur Verbesserung des Wohlbefindens der Tiere bei. Das Angebot von Nagehölzer bei Kaninchen stellt dagegen keine geeignete Maßnahme zur Anreicherung der Umwelt bei Mastkaninchen dar. Die sequenzielle Fütterung von ganzen Weizenkörnern und einem Ergänzerfutter führte zu erhöhtem Federpicken und zu einer schlechteren Befiederung. Wenn Weizen in einem sequenziellen Fütterungsprogramm eingesetzt werden soll, sollte er in geschroteter Form verabreicht werden. Bei schnell wachsenden Masthühnern hat die Verabreichung von ganzen Weizenkörnern in die Einstreu zusätzlich zu einer pelletierten Ration keinen Effekt auf die Aktivität der Tiere. Dagegen kann die Aktivität deutlich gesteigert werden, wenn die gesamte pelletierte Ration in die Einstreu gestreut wird. Weitere Studien sind jedoch notwendig, um den negativen Einfluss der letzteren Behandlung auf das Gewicht zu beheben.
1287057444
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/482/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/482/pdf/Dissertation_Jordan.pdf
Jordan, Du?anka
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierhaltung und Tierzüchtung
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2010-11-10T07:31:23Z
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Glyphosate use in agro-ecosystems : identification of key factors for a better risk assessment
Universität Hohenheim
Glyphosat
Toxizität
Mineralstoffhaushalt
Nutzpflanzen
Agriculture
Mikronährstoffe
Shikimat
Biokatalysator
Shikimisäure, Wartezeit
Glyphosate toxicity
micronutrients
shikimate, waiting time
Glyphosate ([N-phosphonomethyl] glycine) is a non-selective, post-emergence, organo-phosphorous, broad-spectrum herbicide used worldwide for controlling weeds in horticulture, agriculture, silviculture, and urban landscapes. It effectively controls most annual and perennial weed species and is the world´s biggest-selling herbicide. One reason for the popularity of glyphosate is its effect on roots and rhizome systems of weed following foliar application. After coming in contact with soil, glyphosate will be strongly adsorbed and this sorption behavior makes glyphosate unique as compared to most other herbicides and has elicited a general belief that it is rapidly adsorbed to the soil without any residual effect. However, glyphosate adsorption to the soil matrix seems a reversible process and glyphosate conserved in roots of treated target plants has been overlooked in most previous risk assessments.
Therefore, in face of the increasing number of yet unexplained observations of negative side effects after glyphosate application, this thesis was initiated to identify possible risk factors associated with the frequent use of glyphosate in agro-ecosystems. For this purpose: (1) relevance of waiting time between weed desiccation by glyphosate and subsequent crop planting, (2) remobilization risk of glyphosate fixed in the soil matrix mediated by pH change in the rhizosphere, (3) glyphosate preservation in target plant roots and (4) contribution of glyphosate released from decaying weed residues for intoxication of following non-target plants were investigated in controlled greenhouse conditions using two contrasting soils: a weakly buffered acidic Arenosol (top soil) and a highly buffered calcareous Luvisol (subsoil). Furthermore, field experiment was conducted to partially confirm the found results of controlled model experiments under greenhouse conditions.
These model experiments as well as the experiment in farmer´s field revealed that the residual toxicity of glyphosate increased with a declining waiting time between glyphosate weed desiccation and subsequent crop planting. In the greenhouse experiments, seedling growth and biomass production of sunflower plants were strongly impaired by pre-sowing application of glyphosate in the variants with less than 21 days waiting time. The inhibitory effects on seedling growth were associated with a corresponding increase of shikimate accumulation in the root tissue as physiological indicator for glyphosate toxicity and impairment of the manganes-nutritional status of the sunflower seedlings.
Results of the field experiment at Hirrlingen/Tübingen confirmed the relevance of waiting time. Stunted development and heterogeneous emergence of winter wheat plants occurred at field plots where the wheat sowing was done 2 days, compared to plants sown 14 days after foliar application of glyphosate to weed plants. At a short waiting time (2 d), data on visual scoring showed up to 50% of the culture damage that was visually persistent still after 6 months at harvests. This was also associated with a reduced nutritional status of wheat plants Ca, Mg, Zn and Cu, particularly expressed when glyphosate application rate was elevated from 2L to 6 L ha-1.
Since glyphosate shows a similar pattern of reaction like that of phosphate in soil, it has been hypothesized that rhizosphere processes responsible for P mobilization are likely to co-mobilize also glyphosate. To test this hypothesis, an experiment was conducted using the two soils with contrasting properties pre-incubated with different rates of glyphosate and supplied with stabilized NH4+-N or NO3--N to induce the different changes in rhizosphere pH. From the results of this experiment, however, it was not possible to confirm this hypothesis. No glyphosate phytotoxicity of sunflower seedlings on the Luvisol with NH4+ could be detected due to observed minor rhizosphere acidification. In agreement, also no shikimate accumulation in root was measured. However, there was a distinct decrease in biomass of the sunflower seedlings at NH4- supply, possibly due to a missing NO3- signal. In contrast in the Arenosol no difference in growth could be shown between both supplied N-forms despite a clearly expressed difference in rhizosphere pH.
Root exudation of organic carboxylates has also been considered to assists the release of adsorbed phosphate in the rhizosphere from the soil matrix via exchange chelation. A similar phenomenon was expected for glyphosate. In the present study, however, supplementation of Na-citrate or citric acid to both contrasting soils, pre-incubated with different levels of glyphosate, did not show a clear evidence for an adequate glyphosate remobilization and the subsequent plant damage. On the acidic Arenosol, there was no difference in growth of sunflower seedlings between the treatments. In contrast, on the Luvisol, supplementation of Na citrate (10µmol g-1 soil) but not citric acid indicated some promotion of root growth on glyphosate free treatment. This could not be easily explained because no intracellular shikimate accumulation as bio-indicator for glyphosate could be detected in the treatments with glyphosate pre-incubated soil.
In many plant species, glyphosate is not readily metabolized, but preferentially translocated to young growing tissues of roots and shoots, where it can be accumulated in millimolar concentrations. In soil-grown target plants, this inhomogeneous distribution of glyphosate within the root tissues may lead to the formation of hot spots of glyphosate containing root residues in soils. Subsequently this stored glyphosate as hot spots can be released during microbial degradation of root material. To evaluate the potential of roots of target plant in stabilization and subsequent release of glyphosate with intoxication of subsequent crop plants, model experiments were conducted with application of glyphosate either via rye grass as target weed plants or directly to the soil. Sunflower seeds were sown at different waiting times (0-21 days) for both glyphosate application modes. Toxicity of glyphosate applied shortly before sowing of sunflower as non-target was strongly dependent on the mode of glyphosate application. When glyphosate was sprayed on pre-cultured rye grass seedlings as model weed, detrimental effects on plant growth and the Mn nutritional status, as well as increased intracellular shikimate accumulation in root tissue were more strongly expressed than at a direct soil application of the same amount of glyphosate. The increased extent of toxicity after a glyphosate pre-sowing application to pre-cultured rye grass compared with a direct soil application might indicate that the root tissue of glyphosate-treated weeds represents a storage pool for glyphosate in the pots.
The globally increasing adoption of no-till or reduced tillage systems are becoming a driving force for an increase of glyphosate use. In such systems, glyphosate is applied pre-sowing for weed control and glyphosate may remain in root and shoot residues. Usually in these reduced tillage systems, only a minimal soil disturbance occurs at sowing, which might lead to limited incorporation of the glyphosate contaminated straw to the upper soil layer where germination of following non-target crop will take place. To evaluate such risk, a pot experiment was conducted under controlled greenhouse conditions with the two contrasting soils. Glyphosate was supplied via glyphosate pre-treated shoot or root material of rye grass applied either as chopped plant material ?straw? or as homogenate. Analysis of physiological parameters such as intracellular shikimate accumulation as metabolic indicator for glyphosate toxicity, biomass production and micronutrient status revealed, that a detrimental effect could be only with treated rye grass shoot material as straw or homogenates incorporated into the Arenosol but not into the Luvisol. This is most probably related to the difference in soil property between the two soils. At this level of glyphosate supply, the detoxification capacity of the highly buffered calcareous subsoil might have played a primary role in preventing glyphosate toxicity, while this glyphosate supply level seems beyond the detoxification capacity of the weakly buffered acidic Arenosol.
All together, the achieved results of the model pot experiments are in correspondence with that of the reported field experiments. Further, the results revealed the important role of glyphosate stored in root and shoots of weed plants as a glyphosate pool in soils for intoxication of following crops. More information on transformation of these glyphosate enriched crop residues and its glyphosate release during microbial decomposition in different soils are urgently needed for a better precaution and risk assessment of glyphosate use for weed control for farmer´s practice.
Die Organo-Phosphatverbindung Glyphosat ([N-Phosphonomethyl] Glycine) wird weltweit als nicht-selektives Herbizid mit breitem Wirkungsspektrum in einer Vor- und/oder Nachsaatbehandlung zur Kontrolle von Unkräutern im Gartenbau, Landwirtschaft, Forstwirtschaft und urbanen Flächen verwendet. Es bietet eine effektive Kontrolle der meisten annuellen und perennierenden Unkräuter und ist das weltweit meist verkaufte Herbizid. Einer der Gründe für die Beliebtheit von Glyphosat besteht in seinem Effekt auf die Wurzel- und Rhizomsysteme von Wurzelunkräutern nach einer Blattapplikation. Nach einem Kontakt mit Boden wird Glyphosat stark adsorbiert rasch und damit inaktiviert. Dieses Sorptionsverhalten stellt einen wesentlichen Unterschied zwischen Glyphosat und anderen Herbiziden dar und hat maßgeblich zu der Annahme beigetragen, Glyphosat habe im Boden keine residuale toxische Wirkung. Die Festlegung von Glyphosat an die Bodenmatrix kann jedoch unter bestimmten Bedingungen ein reversibler Prozess sein und die potenzielle Relevanz von Wurzeln behandelter Unkräuter als Zwischenspeicher von phytotoxisch aktivem Glyphosate im Boden wurde bisher in Risikoabschätzung nicht beachtet.
Angesichts der zunehmenden Anzahl an bisher ungeklärten Beobachtungen von negativen Seiteneffekten nach einer Glyphosatapplikation, wurde die vorliegende Arbeit initiiert um potenzieller Risikofaktoren für Nicht-Zielpflanzen bei der Applikation von Glyphosat in Agrarökosystemen zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden: (1) die Relevanz von Wartezeiten für die Aussaat von Kulturpflanzen nach einer Vorsaatbehandlung mit Glyphosat, (2) die potenzielle, durch veränderte pH-Werte in der Rhizosphäre induzierte Remobilisierung von an der Bodenmatrix festgelegtem Glyphosat, (3) die Rolle der Wurzeln von mit Glyphosat behandelten Unkrautpflanzen als Zwischenspeicher für Glyphosat und (4) die Relevanz einer Abgabe von Glyphosat aus sich zersetzenden Rückständen behandelter Unkrautpflanzen für phytotoxische Effekte auf die Folgekultur unter kontrollierten Gewächshausbedingungen auf zwei kontrastierenden Böden, einem schwach gepufferten, sauren Arenosol (Oberboden) und einem stark gepufferten, kalkhaltigen Luvisol (Unterboden), durchgeführt. Darüber hinaus wurden zwei Feldversuche durchgeführt, um Teile der in Modellversuchen gewonnenen Erkenntnisse auf ihre Relevanz unter Feldbedingungen zu prüfen.
Diese Modellversuche und Versuche unter Feldbedingungen zeigten, dass die Toxizität von Glyphosatrückständen für Kulturpflanzen mit abnehmenden Wartezeiten zwischen der Glyphosatapplikation auf Unkrautpflanzen und der Aussaat der Kulturpflanzen zunahmen. In Modellversuchen unter Gewächshausbedingungen auf zwei kontrastierenden Böden und Sonnenblumen als Modell-Kulturpflanze, war das Wachstum und die Biomasseproduktion von Sonnenblumenkeimlingen bei einer Wartezeit von weniger als 21 Tagen nach einer Vorsaatapplikation vom Glyphosat stark eingeschränkt. Negativen Effekte auf die Entwicklung und das Wachtum der Sommenblumen waren mit erhöhten Konzentrationen an Shikimat im Wurzelgewebe als Indikator der Glyphosattoxizität und eingeschränkter Mangan-Versorgung der Pflanzen verbunden. Die Ergebnisse des Feldversuchs in Hirrlingen (Raum Tübingen) bestätigten die Relevanz von Wartezeiten nach einer Vorsaatbehandlung mit Glyphosat. Verzögerte Pflanzenentwicklung und Heterogenität im Auflaufen der Winter-Weizenpflanzen konnte verstärkt beobachtet werden, wenn Glyphosat bei einer kurzen Wartezeit von 2 Tagen vor der Aussaat im Vergleich zu einer Wartezeit von 14 Tagen vor der Aussaat des Winter-Weizens auf Unkrautpflanzen appliziert wurde. Im Falle kurzer Wartezeit von 2 Tagen zwischen der Glyphosatapplikation und der Aussaat zeigte sich in der Jugendphase der Pflanzenentwickung im Vergleich zur Kontrolle eine beträchtliche visuelle Schädigung der Weizenpflanzen (50% der Kontrolle), die bis zur Ernte nicht kompensiert werden konnte und mit einem verminderten Nährstoffstatus (Ca, Mg, Zn und Cu) verbunden war.
Da Glyphosat in Böden ein vergleichbares Bindungsverhalten wie Phosphat zeigt, wurde die Hypothese aufgestellt, dass Prozesse, die zu einer Mobilisierung von Phosphat in der Rhizosphäre führen, wahrscheinlich auch geeignet sind, an die Bodenmatrix sorbiertes Glyphosat zu remobilisieren. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde ein Experiment unter kontrollierten Bedingungen auf zwei Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften, die mit verschiedenen Applikationsraten von Glyphosat vorinkubiert und mit stabilisierten Ammonium oder Nitrat als Stickstoffdüngungen gedüngt wurden, durchgeführt. Die Resultate dieses Experiments konnten jedoch die Hypothese einer Remobilisierung von im Boden festgelegten Glyphosat nicht bestätigen. Auf einem kalkhaltigen Luvisol wurde nur eine geringfügige Ansäuerung der Rhizosphäre, keine intrazelluläre Akkumulation von Shikimat und somit keinerlei Hinweis auf eine Remobilisierung von Glyphosat beobachtet. Auf einem sauren Arenosol (Sandboden) wurden in Abhängigkeit von der Form der Stickstoffdüngug klar ausgeprägte Unterschiede im pH-Wert der Rhizosphäre, aber keinerlei Unterschiede im Pflanzenwachstum oder Akkumulation von Shikimat beobachteDie Abgabe von Wurzelexsudate (v.a. Carboxylaten) wird als pflanzliche Strategie zur Mobilisierung von Phosphat durch Chelatisierung und/ oder Desorption angesehen. Die Möglichkeit eines vergleichbaren Mechanismus wurde für eine Remobilisierung von Glyphosat angenommen. In der hier vorliegenden Studie zeigten sich in einem Modellversuch auf zwei unterschiedlichen Böden, die mit unterschiedlichen Aufwandmengen an Glyphosat vorinkubierten wurden, nach einer Applikation von Na-Citrat oder Zitronensäure keine eindeutigen Hinweise auf eine relevante Remobilisierung von Glyphosat mit phytotoxischen Auswirkungen. Auf dem sauren Arenosol zeigten sich unabhängig von der Behandlung keine Unterschiede im Wachstum von Sonnenblumen. Auf einem Luvisol verursachte die Applikation von 10µmol g-1 Na-Citrat, aber nicht von Zitronensäure, in den Glyphosatbehandlungen eine Verminderung der Wurzelbiomasse. Diese Verminderung war jedoch nicht mit einer intrazellulären Akkumulation von Shikimat als Bio-Indikator der Phytotoxizität von Glyphosat verbunden.
Glyphosat wird in den meisten Pflanzenarten nur in minimalem Umfang abgebaut und bevorzugt in die meristematischen Wachstumszonen in Wurzeln und Sprosse verlagert. In diesen Wachstumszonen können bis zu millimolare Konzentrationen im Gewebe erreicht werden. Diese inhomogene Verteilung von Glyphosat innerhalb der Pflanze (insbesondere der Wurzeln) kann in der Rhizosphäre zu der Bildung von räumlich begrenzten Zonen mit sehr hohen Konzentrationen an Glyphosatrückständen (?hot spots?) beitragen. In der Folgezeit kann dieses, in den Wurzeln von Zielpflanzen in hohen Konzentrationen gespeichertes Glyphosat, während des mikrobiellen Abbaus der Wurzelrückstände freigesetzt werden. Um die Relevanz von Unkrautwurzeln für die Stabilisierung und anschließende verzögerte Abgabe von Glyphosat in die Rhizosphäre und einer Schädigung der Folgekultur zu evaluieren, wurden in Modellversuchen die Auswirkungen unterschiedlicher Wartezeiten (0-21 Tage) nach einer Glyphosatapplikation auf Weidelgras im Vergleich zu einer Applikation einer identischen Aufwandmenge an Glyphosat direkt in den Boden auf die Folgekultur (Sonnenblumen) auf zwei unterschiedlichen Böden (Arenosol/Luvisol) untersucht. Die Phytotoxizität von Glyphosat nach einer Vorsaatbehandlung für die Folgekultur (Sonnenblumen) war stark von der Art der Glyphosatapplikation abhängig. Im Vergleich zu der Applikation einer identischen Aufwandmenge an Glyphosat direkt in den Boden waren negative Effekte auf die Entwicklung, Wachstum und Mikronährstoffstatus von Sonnenblumenkeimlingen, sowie eine erhöhte intrazelluläre Akkumulation von Shikimat signifikant stärker ausgeprägt, wenn Glyphosat auf Weidelgras als Modellunkraut appliziert wurde. Die im Vergleich zu einer direkten Bodenapplikation von Glyphosat deutlich erhöhte Ausprägung von phytotoxischen Effekten einer Glyphosatapplikation auf Weidelgras deutet darauf hin, dass die Wurzeln von Glyphosat-behandelten Unkrautpflanzen auf den untersuchten Böden einen Speicherpool von Glyphosat in der Rhizosphäre darstellen können.
Die weltweit zunehmende Verwendung von Anbausystemen mit reduzierter Bodenbearbeitung und Direktssaat ist einer der Faktoren für die zunehmende Verwendung von Glyphosat. In diesen Anbausystemen wird Glyphosat möglichst kurzfristig vor der Aussaat auf Unkräuter appliziert und verbleibt möglicherweise bis zur mikrobiellen Zersetzung in Wurzel- und Sprossgewebe dieser Zielpflanzen. Normalerweise erfolgt in Anbausystemen mit reduzierter Bodenbearbeitung nur während der Aussaat eine begrenzte Durchmischung des Bodens. Eine mögliche Konsequenz einer reduzierten Bodenbearbeitung ist die Einarbeitung Glyphosat-belasteter Sprossrückstände in die obere Bodenschichten in denen die Keimung der Folgekultur stattfindet. Um dieses Risiko abzuschätzen, wurde ein Gefäßversuch unter Gewächshausbedingungen auf zwei gegensätzlichen Böden (Arenosol, Luvisiol) durchgeführt. Die Applikation von Glyphosat erfolgte in Form von Glyphosat behandelten Blättern oder Wurzeln von Weidelgraspflanzen, die in Nährlösung vorkultiviert und anschließend in den Boden eingemischt wurden. Die Analyse physiologischer Parameter, wie der intrazellulären Akkumulation von Shikimate als Indikator der Glyphosattoxizität, der Biomasseproduktion und des Mikronährstoffstatus der Pflanzen, zeigte, dass die untergemischten Glyphosat-belasteten Blätter von Weidelgraspflanzen auf dem Arenosol, aber nicht auf dem kalkhaltigen Luvisol, negative phytotoxische Effekte auslösen können. Diese Ergebnisse sind wahrscheinlich mit unterschiedlichen Eigenschaften zwischen den beiden Böden erklärbar. Möglicherweise war bei den verwendeten Aufwandmengen an Glyphosat auf dem stark gepufferten kalkhaltigen Unterboden (Luvisol) das Potenzial für eine Immobilisierung und Inaktivierung von Glyphosat ausreichend um phytotoxische Effekte für die Folgekultur zu vermeiden während auf dem schwach gepufferten, sauren Arenosol durch ein niedrigeres Detoxifizierungspotenzial des Bodens Schäden an der Folgekultur auftraten.
Insgesamt decken sich die Ergebnisse der Modellversuche mit den Beobachtungen und Ergebnissen der im Rahmen dieser Art durchgeführten Untersuchungen im Feld. Die Ergebnisse deuten die hohe Bedeutung von mit Glyphosat behandelten Unkrautpflanzen als Speicherpool von Glyphosat und damit als Risikofaktor für die Folgekultur an. Weitere Untersuchungen über den Umsatz und die Abgabe von Glyphosat aus belasteten Unkrautrückstände sind für eine verbesserte Risikoabschätzung und Vermeidung von unerwünschten Glyphosatschäden an Kulturpflanzen in der landwirtschaftlichen Praxis dringend notwendig.
1287646278
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/501/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/501/pdf/Dissertation_Tesfamariam.pdf
Tesfamariam, Tsehaye
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Pflanzenernährung
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2010-10-21T14:23:42Z
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pub-type:8
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Linking farm economics and hydrology: Model integration for watershed-level irrigation management applied to Chile
Universität Hohenheim
Bewässerung
Einzugsgebiet
Dynamische Modellierung
Mehragentensystem
Angewandte Hydrologie
Agrarökonomie
Komplexität
Landnutzung
Agriculture
Modellintegration
Modellkopplung
Integrated modeling
model coupling
hierarchical coupling
As largest user of fresh water, the agricultural sector must resolve conflict of objectives ranging from economic goals of farmers to societal and environmental targets. Research must deliver tools to manage these objectives simultaneously. Single disciplines have resolved numerous problems with disciplinary solutions. However, problems emerging from interactions and feedbacks between disciplines can only be assessed with interdisciplinary tools and managed by institutions that coordinate across departments. Such complex problems are becoming an epochal task for Natural Resource Management (NRM).
A number of modeling tools exist for irrigation management at watershed level that quantify biophysical processes and water quality. Simultaneously, agricultural economics developed production planning methods for allocating water resources optimally. However, integrated planning support tools are not available that take into account both domains and their interactions. Within a larger research project, it was the objective of this Ph.D. project to develop and test methods that integrate two complex modelling softwares for irrigation management. The distributed runoff model WaSiM-ETH quantifies water flows and evapotranspiration. The dynamic land use model MP-MAS is a multi-agent system in which farmers use economic reasoning to derive cropping decisions under given environmental conditions. Furthermore, the MP-MAS software contains the bucket model EDIC, which parameterizes the distribution of water from rivers to individual farmers through the canal system. Finally, the MP-MAS software was extended with a crop yield model with complementary irrigation.
Model integration is understood as service provided within a research context. This context is defined by the study region, the project setting and by the strategic decisions within the research project - such as the choice of partner institutions and disciplines. Within the Maule River watershed in Chile (Linares Province, Region VII), the project ?Integrating Governance and Modeling? assessed the use of water in agriculture. Empirical research questions as well as modeling software were also part of this research context.
Integration requires the conceptual, the technical and the procedural level. Conceptual integration describes processes and interactions between farmers, the canal system as distribution infrastructure and the natural system. It also describes how farmers plan and produce within this environment. Here, scale-dependent processes like irrigation efficiency or access to water by individuals were scrutinized. Technical integration is the implementation of the conceptual system into source code, e.g. by adapting legacy software, and by creating a software layer for hierarchical coupling of all software components. Procedural integration is the calibration, analysis, error eradication and validation of these models within the research context.
Calibration and analysis of integrated model components is a step-by-step procedure. For all relevant processes and interactions, empirical data was first compiled and cross-evaluated. Then, standalone model components were calibrated so that interactions were parameterized as boundary conditions that are consistent across all disciplines. Empirical data pinpointed conceptual inconsistencies in the description of interactions, and standalone models were improved together with project partners. Ultimately, model components were coupled in such ways that interactions can be analyzed dynamically at minimum model- and software complexity.
The calibration process along transdisciplinary cause-effect-chains resulted in the improvement of disciplinary models and model results. For example, the relevance of access to water beyond legalized water rights became apparent when empirical data and models were combined. Also, the calibration of the EDIC model required consistent use of data from all four disciplines and improved the calibration of the MP-MAS model. For the WaSiM-ETH model, an irrigation module was developed that is consistent across scales and reflects the needs of extension workers.
Finally, model integration and coupling is discussed as research process. The process of calibrating a model with four components is not only a technical challenge for modellers and data management, but also a procedural challenge with regards to cooperation beyond disciplinary institutions and cultures. The structure of the integration process should be robust against errors and equally facilitate knowledge transfer between disciplines, iterative calibration across disciplines. Success factors are suggested to reduce transaction cost during the integration process.
Als größter Nutzer von Süßwasser steht Bewässerungsmanagement in einem Zielkonflikt zwischen den ökonomischen Zielen von Landwirten und Nachhaltigkeitszielen für Gesellschaft und Umwelt. Zur Handhabung dieses Zielkonflikts werden von praxisnaher Forschung Werkzeuge erwartet. Während einzelne Disziplinen erfolgreich disziplinäre Lösungen für etliche Probleme entwickelten, können komplexere Wechselwirkungen nur durch diziplinenübergreifende Betrachtung verstanden werden. Auch die Umsetzung von komplexen Lösungen durch Institutionen bedarf einer Koordination über Fachbereiche hinweg. Solche komplexeren Probleme der Interaktion und Rückkopplung werden zu einer epochalen Aufgabe für das Management natürlicher Ressourcen.
Für Bewässerungsmanagement auf Einzugsbereichsebene stehen Modellierungswerkzeuge zur Verfügung, die biophysikalische Prozesse quantifizieren und Wasserqualität darstellen. Parallel werden agrar-ökonomische Methoden genutzt, um Wasserressourcen optimal einzusetzen. Integrierte Planungssysteme hingegen sind nicht erhältlich, die gleichzeitig beide Aspekte sowie Wechselwirkungen dieser Domänen berücksichtigen.
Innerhalb eines Rahmenprojektes war es Ziel dieser Dissertation, eine Methode zu entwickeln und zu testen, mit der zwei komplexe Modellierungsprogramme für das Bewässerungsmanagement integriert werden. Als dynamisches Landnutzungsmodell stellt das Multiagentensystem MP-MAS die Produktionsentscheidungen von Landwirten unter gegebenen Umweltbedingungen dar. Gleichzeitig wird das hydrologisches Standort- und Einzugsgebietsmodell WaSiM-ETH verwendet, um Wasserflüsse zu quantifizieren. Zusätzlich beschreibt das Brückenmodell EDIC vereinfacht die Wasserlieferung von Flüssen zu Farmern, und die MP-MAS Software wurde um ein Pflanzenertragsmodell für komplementäre Bewässerung erweitert.
Modellintegration wird als Dienstleistung innerhalb eines Forschungskontextes verstanden. Forschungsgebiet, Projektarchitektur und richtungsweisende Projektentscheidungen (z.B. die Wahl von Partnerinstitutionen und -disziplinen) stellen den Rahmen einer Modellintegration dar und werden im Methodenteil beschrieben. Das Einzugsgebiet des Chilenischen Flusses Maule (Linares Province, Region VII) und die darin stattfindende Bewässerungslandwirtschaft wird durch das Projekt ?Integrating Governance and Modeling? betrachtet. Sowohl empirische Fragestellungen als auch Modelierungssoftware werden durch diesen Forschungskontext festgelegt.
Der konzeptionelle Teil der Integration beschreibt Prozesse und Wechselwirkungen zwischen Landwirten, dem Kanalsystem sowie den natürlichen Gegebenheiten. Landwirte planen und wirtschaften innerhalb dieses Rahmens. Skalenabhängige Prozessbeschreibungen wie Bewässererungseffizienz und Zugang zu Wasser werden dabei hinterfragt. Technische Integration beschreibt dann die Implementierung des konzeptionellen Systems in Computermodelle bzw. in die existierende Modellsoftware, sowie die Programmierung einer zusätlichen Softwareebene für die hierarchische Kopplung der Modellkomponenten.
Die Kalibrierung und Analyse der integrierten Modellkomponenten erfolgte schrittweise. Zuerst wurden empirische Daten zur Beschreibung aller Prozesse undWechselwirkungen gesammelt und ausgewertet. Dann wurden Einzelmodelle so kalibriert, dass in Einzelmodellen die Wechselwirkungen als Randbedingungen konsistent definiert und parametrisiert sind. Hier deuteten empirische Daten auf Inkonsistenzen der konzeptionellen Systembeschreibung hin, so dass Einzelmodelle mit Projektpartnern verbessert werden mussten. Danach wurden Einzelmodelle so gekoppelt, dass Wechselwirkungen bei minimaler Modell- und Softwarekomplexität dynamisch analysiert werden konnten. Ein Kalibrierungsprozess mit disziplinenübergreifenden Ursache-Wirkungs-Ketten resultierte in Verbesserungen disziplinärer Modelle und Ergebnisse.
Die Relevanz von Zugang zu Wasser jenseits des legalen Regelwerks wurde durch die Kombination empirischer Daten und Modelle deutlich. Die Kalibrierung des EDIC Modells konnte nur mit konsistenten Nutzung von Daten aus allen Disziplinen erfolgen. Dies verbesserte die Kalibrierung der MP-MAS Modelkomponente. Für das Modell WaSiM-ETH wurde ein Bewässerungsmodel entwickelt, das skalenkonsistent ist und praktischen Ansprüchen entspricht. Zuletzt wird Modellintegration und -kopplung als ein Forschungsprozess diskutiert. Der Kalibrierungsprozess eines Vier-Komponenten-Modells ist nicht nur eine technische Herausforderung für Modell- und Datenmanagement, sondern auch eine prozedurale für die Zusammenarbeit jenseits disziplinärer Institutionen und Kulturen. Die Struktur des Integrationsprozesses sollte gleichzeitig Wissenstransfer zwischen Disziplinen erleichtern, iterative Kalibrierungs- und rekursive Lernprozesse ermöglichen sowie fehlerfreundlich sein. Abschließend werden Erfolgsfaktoren vorgeschlagen welche Transaktionskosten in Integrationsprozessen reduzieren.
1287663802
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/499/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/499/pdf/Arnold2010_Diss_print_2010Sept07.pdf
Arnold, Thorsten
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Agrar- und Sozialökonomie in den Tropen und Subtropen
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2010-11-03T08:25:11Z
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Operational poverty targeting by proxy means tests : models and policy simulations for Malawi
Universität Hohenheim
Malawi
Entwicklungspolitik
Armut
Identifikation
Haushalt
Agriculture
Entwicklungspolitik
Malawi
Armutsbekämpfung
Haushalt
Proxy Means Tests
Poverty targeting
Malawi
Development policy
Predictions
There is a long standing belief that accurate targeting of public policy can play a major role in alleviating poverty and fostering pro-poor economic growth. Many development programs fail to reach the poor in that a sizeable amount of program benefits leak to higher-income groups and a substantial proportion of poor are excluded. This is also the case in Malawi, one of the poorest countries in Sub-Saharan Africa. In response to widespread poverty and endemic food insecurity, the country decision makers enacted various programs, including free food, food-for-work, cash-for-work, subsidized agricultural inputs, etc. To target these programs at the poor and smallholder farmers in the country, policy makers rely mainly on community-based targeting systems in which local authorities, village development committees, and other community representatives identify program beneficiaries based on their assessment of the household living conditions. However, most of these programs have been characterized by poor targeting and significant leakage of benefits to the non-poor due to a number of factors, including various local perceptions, favoritism, abuse, lack of understanding of targeting criteria, political interests, etc. Almost all interventions are poorly targeted in the country.
Therefore, this research explores potential methods and models that might improve the targeting efficiency of agricultural and development policies in the country. Using the Malawi Second Integrated Household (IHS2) survey data and a variety of estimation methods along with stepwise selection of variables, we propose empirical models for improving the poverty outreach of agricultural and development policies in rural and urban Malawi. Moreover, the research analyzes the out-of-sample performances of different estimation methods in identifying the poor and smallholder farmers. In addition, the model robustness was assessed by estimating the prediction intervals out-of-sample using bootstrapped simulation methods.
Furthermore, we estimate the cost-effectiveness and impacts of targeting the poor and smallholder farmers. It is often argued that targeting is cost-ineffective and once all targeting costs have been considered, a finely targeted program may not be any more cost-efficient and may not have any more impact on poverty than a universal program. We assess whether this is the case using household-level data from Malawi. More importantly, we evaluate whether administering development programs using the newly developed models is more target- and cost-efficient than past agricultural subsidy programs namely the 2000/2001 Starter Pack and the 2006/2007 Agricultural Input Support Program (AISP).
Estimation results suggest that under the newly designed system, mis-targeting is considerably reduced and the targeting efficiency of development policies improves compared to the currently used mechanisms in the country. Findings indicate that the estimation methods applied achieve the same level of targeting performance. The rural model achieves an average poverty accuracy of about 72% and a leakage of 27% when calibrated to the national poverty line of 44.29 Malawi Kwacha (MK). On the other hand, the urban model yields on average a poverty accuracy of about 62% and a leakage of 39% when calibrated to the same poverty line. The results are also confirmed by the Receiver Operating Characteristic (ROC) curves of the models which show that there is no sizeable difference in aggregate predictive accuracy between the estimation methods. The ROC curve is a powerful tool that can be used by policy makers and project managers to decide on the number of poor a program or development policy should reach and ponder on the number of non-poor that would also be wrongly targeted.
Calibrating the models to a higher poverty line improves its targeting performances, while calibrating the models to a lower line does the opposite. For example, under the international poverty line of US$1.25 (i.e. MK59.18 in Purchasing Power Parity), the rural model covers about 82% of the poor and wrongly targets only 16% of the non-poor, whereas the urban model covers about 74% of the poor and wrongly identifies 26% of the non-poor. On the other hand, using an extreme poverty line of MK29.81 disappointingly reduces the model?s poverty accuracy and leakage: the rural model yields a poverty accuracy of 51% and a leakage of 39% while the urban model yields a poverty accuracy of about 48% and a leakage of 68%. Furthermore, a breakdown of targeting errors by poverty deciles indicates that the models perform well in terms of those who are mistargeted; covering most of the poorest deciles and excluding most of the richest ones. These results have obvious desirable welfare implications for the poor and smallholder farmers. It is all important to mention that the models selected cannot explain but predict poverty. A causal relationship should not be inferred from the results.
There is compelling evidence in favor of targeting since considering all costs does not make targeting cost- and impact-ineffective. Findings suggest that the new system is considerably more accurate and more target-efficient than the currently used mechanisms for targeting agricultural inputs in the country. Likewise, simulation results indicate that targeting the poor and smallholder farmers is more cost- and impact-effective than universal coverage of the population. Better targeting not only reduces the Malawian Government?s direct costs for providing benefits, but also reduces the total costs of a targeted program. Though administrative costs increase with finer targeting, the results indicate that the overall benefits outweigh the costs of targeting. Likewise, finer targeting reduces the costs of leakage by a sizable margin and produces the highest impacts on poverty compared to universal regimes. However, the finest redistribution does not consistently yield the best transfer efficiency, nor does it consistently improve post-transfer poverty.
Furthermore, the newly designed system appears to be more cost-efficient than the 2000/2001 Starter Pack and the 2006/2007 Agricultural Input Support Program (AISP). While the Starter Pack and the AISP transferred about 50% of total transfer, under the new system about 73% of transfer is delivered to the poor and smallholder farmers. Likewise, under the new proxy system the costs of leakage are cut down by 55% and 57% for the Starter Pack and AISP, respectively. Thus, under the new system it is possible to reduce leakage and undercoverage rates and improve the cost and transfer efficiency of development programs in the country.
The proxy indicators selected reflect the local communities? understandings of poverty and include variables from different dimensions, such as demography, education, housing, and asset ownership. These indicators are objective and most can be easily verified. However, the collection of information on those indicators might entail an effective verification process. Likewise, the emphasis put on proxy means tests in this research does not imply that other potential targeting methods should be disregarded. Indeed, proxy means tests are not perfect at targeting; the system developed can be combined with other methods in a multi-stage targeting process. Furthermore, targeting can be a politically sensitive issue; the system developed does not take into account the reality that policy makers, program managers, or development practitioners may adjust eligibility criteria due to political, administrative, budgetary, or other reasons.
The models developed can be used in a wide range of applications, such as identifying the poor and smallholder farmers, improving the existing targeting mechanisms of agricultural input subsidies, assessing household eligibility to welfare programs and safety net benefits, producing estimates of poverty rates and monitoring changes in poverty over time as the country and donors cannot afford the costs of frequent household expenditure surveys, estimating the impacts of development policies targeted to those living below the poverty line, and assessing the poverty outreach of microfinance institutions operating in the country. This broad range of applications makes the models potentially interesting policy tools for the country. However, the models developed are not sufficient. They must also be coupled with investments in education, rural infrastructure, economic growth related sectors, and strong political will to impact on the welfare of Malawian people.
The research also provides a framework for developing and evaluating a simple and reasonably accurate system for reaching the poor and smallholder farmers in Malawi, but the methodology can be useful in other areas of applied research and replicated in other developing countries with similar targeting problems.
Es ist eine generell akzeptierte Annahme, dass öffentliche Politikmaßnahmen eine wichtige Rolle bei der Armutsbekämpfung und bei der Entwicklung von Wirtschaftswachstum spielen können. Als Antwort auf die weitverbreitete Armut und endemische Ernährungsunsicherheit haben die Entscheidungsträger Malawis verschiedene Programme, insbesondere die Subventionierung landwirtschaftlicher Betriebsmittel, die ein wichtiges Element der Entwicklungspolitik des Landes darstellen, entwickelt. Um diese Programme gezielt auf die Armen und Kleinbauern des Landes auszurichten, bauen die Verantwortlichen meist auf gemeindebasierte Systeme bei denen lokale Behörden Programmbegünstigte auf Basis der Beurteilung der jeweiligen Lebensbedingungen der Haushalte identifizieren.
Die meisten dieser Programme sind jedoch durch eine schlechte Zielgenauigkeit gekennzeichnet und hohe Anteile des Nutzens der Programme gehen aufgrund verschiedener Faktoren, darunter lokale Vorstellungen, Vetternwirtschaft, Missbrauch, Mangel an Verständnis für die Zielkriterien, politische Interessen etc, irrtümlicherweise an Nicht-Arme. Fast alle Maßnahmen im Land leiden unter einer unzureichenden Zielgenauigkeit.
Daher untersucht diese Arbeit potenzielle Methoden und Modelle, die die Zielgenauigkeit von Agrar- und Entwicklungsmaßnahmen des Landes verbessern können. Darüber hinaus schätzen wir die Kosteneffektivität und Auswirkungen einer Fokussierung auf Arme und Kleinbauern. Es wird häufig argumentiert, dass zielgruppengenaue Programme nicht kosteneffektiv sind und dass, wenn sämtliche Kosten der Zielgruppenfindung berücksichtigt werden, ein gut abgestimmtes zielgruppenorientiertes Programm nicht kosteneffizienter wäre und keine größeren Effekte auf die Armutsreduzierung hätte als ein generelles Programm. Wir untersuchen diese These anhand von Haushaltsdaten aus Malawi. Darüber hinaus bewerten wir, ob die Administration und Durchführung von Entwicklungsprogrammen mit Hilfe der neu entwickelten Modelle zielgruppengenauer und kosteneffizienter ist als bisherige Programme zur Subventionierung von landwirtschaftlichen Betriebsmitteln, insbesondere das Starter Pack von 2000/2001 und das Agricultural Input Support Program (AISP) von 2006/2007.
Unter Verwendung von Daten des Malawi Second Integrated Household Survey (IHS2) und einer Reihe von Schätzmethoden mit schrittweiser Auswahl von Variablen entwickeln wir empirische Modelle zur Verbesserung der Armutsminderung durch Agrar- und Entwicklungsprogramme im ländlichen und städtischen Malawi. Zusätzlich analysiert die Arbeit die über die Stichprobe hinausgehende Güte der verschiedenen Modelle bei der Identifizierung der Armen und Kleinbauern. Die Robustheit der Modelle wurde darüber hinaus mit Hilfe von Bootstrapping-Simulationen für die Vorhersageintervalle außerhalb der Stichprobe geschätzt.
Die Schätzergebnisse legen nahe, dass mit dem neuentwickelten System eine fehlgerichtete Ausrichtung erheblich reduziert werden kann und dass die Zielgruppenausrichtung von Entwicklungsmaßnahmen im Vergleich zu bisher im Land genutzten Mechanismen verbessert werden kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass die angewendeten Schätzmethoden alle die gleiche Zielgenauigkeit erreichen. Das ländliche Modell erreicht bei Kalibrierung auf die nationale Armutslinie eine Genauigkeit bei der Erreichung von Armen von 72% und ein Durchsickern an Nichtzielgruppen von 27%. Auf der anderen Seite erreicht das städtische Modell im Durchschnitt eine Zielgruppengenauigkeit von 62% und ein Durchsickern von 39% (ebenfalls bei Kalibrierung auf die nationale Armutslinie). Diese Ergebnisse werden ebenfalls durch die Receiver Operating Characteristic (ROC) Kurven der Modelle bestätigt, die keine beträchtlichen Unterschiede zwischen der aggregierten Vorhersagegenauigkeit der Schätzmodelle zeigen. Die ROC-Kurve ist ein mächtiges Werkzeug das von Programmverantwortlichen und Projektmanagern zur Entscheidungsfindung darüber genutzt werden kann, wieviele Arme ein Programm oder eine Entwicklungsmaßnahme erreichen soll und wieviele fälschlicherweise begünstigte Nicht-Arme gefördert werden.
Die Kalibrierung der Modelle auf eine höhere Armutslinie verbessert ihre Zielgenauigkeit, während eine Kalibrierung auf eine niedrigere Linie zum Gegenteil führt. Zum Beispiel erreicht das ländliche Modell bei Verwendung der internationalen Armutslinie von 1,25 USD (d.h. MK 59,18 PPP) etwa 82% der Armen und fördert fälschlicherweise nur 16% der Nicht-Armen. Auf der anderen Seite verschlechtert die Verwendung einer extremen Armutslinie von MK 29,81 die Genauigkeit und das Durchsickern der Modelle: Das ländliche Modell erzielt eine Armutsgenauigkeit von 51% und ein Durchsickern von 39% während das städtische Modell eine Genauigkeit von 28% und ein Durchsickern von 68% erreicht. Darüber hinaus deutet ein Herunterbrechen der Fehlausrichtungen nach Armutsdezilen an, dass die Modelle in Bezug auf die fälschlicherweise Begünstigten gut funktionieren: Sie decken die meisten der ärmsten Dezile ab, während die meisten der reichsten Dezile nicht berücksichtigt werden. Diese Ergebnisse haben naheliegende wünschenswerte Wohlfahrtseffekte für Arme und Kleinbauern. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die ausgewählten Modelle Armut nicht erklären sondern lediglich voraussagen können. Ein kausaler Zusammenhang kann auf Grundlage der Ergebnisse nicht hergestellt werden.
Es bestehen zwingende Anhaltspunkte zu Gunsten von Zielgruppenorientierung da auch die Berücksichtigung sämtlicher Kosten die Zielgruppenorientierung nicht kosten- und ergebnisineffizient werden lässt. Die Ergebnisse legen nahe, dass das neue System erheblich genauer und zieleffizienter ist als der bisher verwendete Mechanismus zur zielgruppengenauen Programmgestaltung für landwirtschaftliche Betriebsmittel. Ebenso deuten die Simulationsergebnisse an, dass die Fokussierung auf Arme und Kleinbauern kosten- und ergebniseffektiver ist als eine globale Erfassung der gesamten Bevölkerung. Bessere Zielgruppenausrichtung verringert nicht nur die direkten Kosten der Regierung Malawis für unterstützende Maßnahmen sondern reduziert auch die Gesamtkosten eines Programms. Obwohl die administrativen Kosten mit genauerer Zielgruppenausrichtung ansteigen, zeigen die Ergebnisse, dass die Vorteile insgesamt die Kosten überwiegen. Ebenso verringert eine genauere Ausrichtung die Kosten für das Durchsickern in großem Maßstab und sorgt für die größten Auswirkungen auf die Armut verglichen mit generellen Verfahren. Mit steigender Genauigkeit der Ausrichtung erhöht sich jedoch weder in jedem Fall die Verteilungseffizienz, noch verringert sich in jedem Fall die Folgearmut.
Weiterhin scheint das neu entwickelte System kosteneffizienter zu sein als das Starter Pack von 2000/2001 und das Agricultural Input Support Program (AISP) von 2006/2007. Während das Starter Pack und das AISP etwa 50% sämtlicher Mittel an Arme und Kleinbauern verteilen, erreichen unter dem neuen System etwa 73% der Mittel Arme und Kleinbauern. Ebenso werden unter dem neuen System die Kosten des Durchsickerns um 55% gegenüber dem Starter Pack und um 57% gegenüber dem AISP gesenkt. Unter dem neuen System ist es daher möglich, Durchsickern und Fehlallokation zu verringern und die Kosten- und Verteilungseffizienz von Entwicklungsprogrammen des Landes zu verbessern.
Die ausgewählten Indikatoren spiegeln das Armutsverständnis lokaler Gemeinden wider und beinhalten demografische Variablen ebenso wie Bildung, Lebensverhältnisse und Eigentum. Diese Indikatoren sind objektiv und die meisten können leicht verifiziert werden. Die Sammlung von Informationen bezüglich dieser Indikatoren könnte jedoch effektiv einen Überprüfungsprozess darstellen. Es sollte erwähnt werden, dass der Schwerpunkt in dieser Arbeit zwar auf Proxy Means Tests gelegt wurde, was aber nicht impliziert, dass andere mögliche Methoden zur Zielgruppenfokussierung abgelehnt werden sollten. Proxy Means Tests sind tatsächlich nicht einwandfrei bei Armutsidentifizierung und das entwickelte System kann in einem Mehrstufenprozess mit anderen Methoden kombiniert werden. Zielgruppenfokussierung kann darüber hinaus eine politisch sensible Angelegenheit sein; das entwickelte System berücksichtigt nicht die Tatsache, dass Programmverantwortliche und Projektmanager oder Entwicklungshelfer die Kriterien zur Anspruchsberechtigung aufgrund von politischen, verwaltungs- und haushaltsbezogenen oder anderen Gründen anpassen.
Die entwickelten Modelle können in einem weiten Spektrum von Fällen verwendet werden, z.B. bei der Identifizierung von Armen und Kleinbauern, bei der Verbesserung bestehender Vergabemechanismen für subventionierte landwirtschaftliche Betriebsmittel, bei der Beurteilung der Anspruchsberechtigung von Haushalten, zur Schätzung von Armutshöhe und beim Monitoring von Armutsveränderungen im Zeitverlauf. Da sich das Land und Geldgeber die Kosten häufiger Untersuchungen zu den Lebenshaltungskosten der Haushalte oft nicht leisten können, sind die Modelle auch hilfreich bei der kostengünstigen Schätzung der Auswirkungen von Entwicklungsprogrammen die auf Bedürftige unterhalb der Armutslinie abzielen und bei der Beurteilung der Armutsbekämpfung von im Land tätigen Mikrofinanzinstitutionen. Diese große Bandbreite von Anwendungen lässt die Modelle zu potenziell interessanten Politikinstrumenten für das Land werden. Die entwickelten Modelle sind jedoch nicht ausreichend. Sie müssen einhergehen mit Investitionen in Bildung, ländliche Infrastruktur, Wirtschaftswachstum in verwandten Wirtschaftssektoren und mit einem starken politischen Willen, die Wohlfahrt der Bevölkerung Malawis zu steigern.
Diese Arbeit stellt ein Grundgerüst für die Entwicklung und Bewertung eines einfachen und recht genauen Systems zur Identifizierung von Armen und Kleinbauern in Malawi bereit, doch die Methodik kann auch in anderen Bereichen angewandter Forschung nützlich sein und kann in anderen Entwicklungsländern mit ähnlichen Problemen bei der Zielgruppenfokussierung repliziert werden.
1288769111
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/504/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/504/pdf/thesis_houssou.pdf
Houssou, Nazaire S. I.
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Agrar- und Sozialökonomie in den Tropen und Subtropen
oai:opus.uni-hohenheim.de:511
2010-11-03T08:52:31Z
ddc:630
pub-type:4
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5113
Towards regionalisation of soils in Northern Thailand and consequences for mapping approaches and upscaling procedures
Universität Hohenheim
Acrisol
Boden
Asien
Thailand
Agriculture
SOTER
Petrographie
Maximum likelihood
soil
Thailand
SOTER
Maximum likelihood
petrography
Ziel dieser Arbeit war, die Grundprinzipien der Bodengenese und Bodenverteilung in Nordthailand zu erfassen, um damit eine Konzeptkartierung zu ermöglichen. Des Weiteren werden verschiedene Kartieransätze hinsichtlich Ihrer Eignung für verschiedene Skalen und Fragestellungen überprüft. Darüber hinaus wurde das Potential des lokalen Wissens hinsichtlich Bodenkartierung and Landnutzungsplanung untersucht. Um die Petrographie von Nordwestthailand im Wesentlichen abzudecken, wurden drei petrographisch unterschiedliche Untersuchungsstandorte ausgewählt und in Bezug auf Petrographie, Bodeninventar, physikalischen und chemischen Eigenschaften untersucht. Zusätzlich wurde das lokale Bodenwissen der jeweilig ansässigen Bevölkerung erhoben. Außerdem wurden für jedes Gebiet zahlreiche thematische Karten erstellt. Diese stellen die räumliche Variabilität von Geologie, Bodentypen, einigen Bodeneigenschaften und auf lokalem Wissen basierenden Bodentypen dar. Die Bodenkartierung der auf WRB basierenden Bodenklassifikation wurde mit vier verschiedenen Ansätzen durchgeführt, deren Effizienz und Genauigkeit getestet werden sollten. Die intensive Bodenkartierung basiert auf Transektkartierung, gitterbasierter randomisierter Kartierung, sowie auf zusätzlichen Untersuchungspunkten für den Bereich erhöhter Variabilität von Böden und Ausgangsgestein. Alle auf der intensiven Bodenkartierung basierenden Karten zeichnen sich durch höchste Beprobungsdichte und maximalen Informationsgehalt aus. Daher wurden diese Karten als Referenz für die anderen Kartieransätze herangezogen.
The purpose of this study was to identify the key factors of soil formation and distribution in North-western Thailand in order to enable predictive mapping. Further objectives were to investigate different soil mapping approaches, regarding their suitability for specific areas and scales and to assess the potential of local (soil) knowledge for soil mapping and land use planning. In order to cover the essential petrographic inventory of North-western Thailand three different petrographic areas were selected. The investigated topics were petrographic diversity, spatial organisation of soils and variability of their physical and chemical properties, as well as local soil knowledge of farmers in the respective areas. In addition thematic maps were generated comprising geology, WRB soil groups, and different soil properties. Soil mapping was carried out by using four different methods, the intensive mapping approach, maximum likelihood method, randomised grid cell approach, as well as elicitation of local knowledge. The intensive mapping approach comprised transect investigations, investigation points of the randomised grid cell approach, and additional investigation points, which were selected for areas with increased soil and petrographic variability. All maps based on the intensive mapping approach contained the highest sampling point density and maximum amount of information. These maps were used as a reference for the other mapping approaches applied here.
1288770544
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/511/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/511/pdf/schuler_dissertation.pdf
Schuler, Ulrich
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Bodenkunde und Standortslehre
oai:opus.uni-hohenheim.de:509
2010-11-15T14:16:50Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5094
Effects of immunological castration on the regulation of metabolism in boars
Universität Hohenheim
Kastration
Eber
Fleischqualität
Agriculture
immunologische Kastration
Eber
Stoffwechselregualtion
immunological castration
boar
regulation of metabolism
Compared to surgical castrates, boars have a superior anabolic potential due to gonadal steroids, i.e. androgens and oestrogens. In consequence, they have an improved fattening performance and lean fat ratio in the carcass. However, most male piglets are surgically castrated without anaesthesia within the first week of life to avoid the unpleasant urine-like boar taint which is not acceptable to many consumers. Boar taint is mainly caused by androstenone which is synthesized in the testes together with the gonadal steroids. Skatole is another compound which contributes to the off odour. But this substance has a faecal smell and can be controlled by feeding strategies.
Castration without anaesthesia is now regarded to cause acute pain and stress to the piglets, so that surgical castration is no longer tolerated due to animal welfare considerations. Different alternatives are discussed but it appears that active immunization against the gonadotropin releasing hormone (GnRH) is the most practicable alternative to surgical castration. It is based on application of a commercial antigen (Improvac®) two times at an interval of 4 weeks. The second vaccination then leads to a high antibody formation and to a blockade of GnRH and thus luteinizing hormone (LH). In turn, the testicular biosynthesis of anabolic hormones as well as androstenone is inhibited. Several studies found that immunized boars still had a better performance than surgical castrates. One explanation is that immunized boars maintain part of their anabolic potential before the second vaccination and thus the onset of antibody formation. Therefore, an exact time schedule for immunization is required to optimize the fattening period without risk of tainted carcasses at slaughter. Another explanation may be that high growth hormone (GH) concentrations are maintained in immunized boars at a boar specific level. In addition to low GH, barrows also have low concentrations of the anabolic insulin-like growth factor I (IGF-I).
The present four studies were performed to investigate the hormonal and metabolic reactions before and after the second vaccination and to clarify why high GH concentrations are maintained.
The cause for elevated GH levels in immunized boars could not be identified in the present studies. Nevertheless, results allow an exact timing of the vaccinations and thus an optimal use of the anabolic potential of immunized boars without the risk of tainted carcasses at slaughter. A further improvement of the fattening performance may be realized by feeding strategies and their influence on IGF-I.
Eber haben im Vergleich zu Kastraten ein höheres anaboles Potential, das durch die Gonadensteroide (Androgene und Östrogene) bedingt ist. Deshalb weisen sie eine verbesserte Mastleistung und ein günstigeres Fleisch-Fett-Verhältnis im Schlachtkörper auf. Die meisten männlichen Ferkel werden dennoch in der ersten Lebenswoche chirurgisch kastriert, um den urinartigen Ebergeruch zu vermeiden, der von vielen Verbrauchern nicht akzeptiert wird. Ebergeruch wird hauptsächlich durch Androstenon verursacht, das zusammen mit den Gonadensteroiden im Hoden gebildet wird. Skatol ist ein weiterer Bestandteil, der zum Fehlgeruch von Eberfleisch beiträgt. Skatol hat einen fäkalartigen Geruch und kann aber durch Fütterungsstrategien kontrolliert werden.
Die chirurgische Kastration ohne Betäubung wird mittlerweile als schmerzhaft und belastend für die Ferkel eingeschätzt. Deshalb wird sie aufgrund des Tierschutzes nicht länger toleriert. Verschiedene Alternativen werden diskutiert, wobei die aktive Immunisierung gegen Gonadotropin Releasing Hormone (GnRH) die praktikabelste Alternative zu sein scheint. Die Immunisierung basiert auf der Anwendung eines kommerziellen Antigens (Improvac®), das zweimal im Abstand von 4 Wochen verabreicht wird. Die 2. Impfung löst eine hohe Antikörperbildung aus und führt damit zur Blockade von GnRH und LH. Dies wiederum führt zur Hemmung der testikulären Biosynthese, d.h. die anabolen Hormone wie auch Androstenon werden inhibiert. Einigen Studien zufolge weisen immunisierte Eber eine immer noch bessere Mastleistung als chirurgische Kastraten (Börge) auf. Eine Erklärung dafür ist, dass immunisierte Eber einen Teil ihres anabolen Potentials vor der 2. Impfung, und damit vor der Antikörperbildung, erhalten. Deshalb ist ein exakter Zeitplan für die Anwendung des Impfstoffes nötig, um einerseits die Mastperiode optimal zu gestalten, aber andererseits keine geruchsbelasteten Schlachtkörper zu riskieren. Eine weitere Erklärung könnten die hohen Wachstumshormonkonzentrationen (GH) sein, die immunisierte Eber auf einem für den Eber typischen Niveau aufrechterhalten. Zusätzlich zu niedrigen GH-Konzentrationen, weisen Börge auch niedrigere Konzentrationen des anabol wirksamen IGF-I auf.
Die vorliegenden vier Studien wurden durchgeführt, um Hormon- und Stoffwechselreaktionen vor und nach der 2. Impfung zu untersuchen. Weiter sollte geklärt werden, warum hohe GH-Konzentrationen aufrecht erhalten werden.
Der Grund für die hohen GH-Konzentrationen bei immunisierten Ebern konnte in den vorliegenden Studien nicht herausgefunden werden. Dennoch erlauben die Ergebnisse eine exakte zeitliche Einordnung der Impfungen in die Mastperiode, wodurch das anabole Potential der immunisierten Eber optimal genutzt werden kann, ohne geruchsbelastete Schlachtkörper zu riskieren. Eine weitere Verbesserung der Mastleistung könnte durch Fütterungsstrategien und deren Einfluss auf IGF-I erreicht werden.
1289381701
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/509/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/509/pdf/DISS_Bauer.pdf
Bauer, Aneka
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierhaltung und Tierzüchtung
oai:opus.uni-hohenheim.de:513
2010-11-10T12:07:04Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5130
Recurrent selection for increased outcrossing rates of barley from semi-arid regions of Syria and Jordan
Universität Hohenheim
Gerste
Heterozygotie
Agriculture
recurrent selection
outcrossing
heterozygosity
Improving the grain yield in drought stress environments such as the semi-arid areas of the West Asia North Africa (WANA) region has been a persistent problem since many years. Although barley (Hordeum vulgare L.) is widely grown in this region, the possibility of a crop failure is high. Being an autogamous crop, barley cultivars display almost complete homozygosity. Population genetic studies have shown that heterozygous barley genotypes possess a significantly increased stress tolerance, thus, being superior in both the level and stability of yielding performance. Therefore, increasing the level of heterozygosity in barley was the general aim of this study. For this purpose, a new marker-assisted recurrent selection (RS) approach was developed and applied to a genetically broad based world collection of barley germplasm.
The specific objectives of this study were: (1) to investigate the efficacy of the above approach, (2) to determine the gain in heterozygosity over four RS cycles and to evaluate the selection results in a final experiment under common environmental conditions, (3) to estimate the selection differential, response to selection and realized heritability and (4) to provide barley materials with increased heterozygosity to plant breeding programs in the WANA region.
Applying the RS approach, only plants showing superior levels of heterozygosity at co-dominant molecular marker (SSR) loci were advanced to successive selection cycles. These heterozygous plants were expected to carry a combination of advantageous alleles a) for open flowering from the female parent, and b) for pollen shedding from the male parent. For marker assessment, bulking of the plants and multiplexing of the SSR markers was practised in each selection cycle to save time and labour. The most polymorphic bulks were genotyped plant-wise and seed of the most heterozygous plants was advanced to the subsequent RS cycles.
In the course of the RS experiment, a base population was compiled from 201 gene bank accessions held by the ?International Center for Agricultural Research in Dry Areas? (ICARDA) and the ?Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research? (IPK) in Germany. Selection led to a stepwise increase in the heterozygosity from 0.60% in the base population to 3.24% after four cycles of selection. In the base population, the six-rowed landraces showed higher heterozygosity than the two-rowed.
Selection response was highest in the first RS cycle which may be attributable to a major decline of the genetic variance from cycle to cycle and to a severe reduction of the population size due to strong dormancy among the entries selected in the first RS cycle. Very low realized heritabilities for observed heterozygosity were obtained in each RS cycle. Nevertheless, significant selection response was obtained.
In order to compare the results of the individual RS cycles under common environmental conditions, preserved seed from each of the selected parent plants was grown in a final greenhouse experiment. Beside heterozygosity, various development, flowering and performance traits (days to ear emergence, anther extrusion, open flowering, number of ear bearing tillers, 100-grain weight and seed number) were additionally assessed in this experiment. The observed heterozygosity increased from 0.23% in population C1 via 0.69% in C2 and C3 to 1.29% in C4.
The marker genotypes assessed in the final experiment were used to estimate multi-locus outcrossing rates. Values increased from 1.4% in C1 via 2.1% in C2 to 2.8% in C3 and C4. Generally, the increase from cycle to cycle was significant. Only the progress from C1 to C2 and from C3 to C4 did not reach the 5% significance level. All estimates were probably downward biased due to extremely high temperatures in the greenhouse during flowering. Great differences existed between the outcrossing rates of individual families within populations. Only non-significant weak to negligible correlations were obtained between floral traits and the outcrossing rate.
The observed positive response to recurrent selection substantiates the efficacy of the present approach for enhancing the level of heterozygosity in barley, offering good perspectives for improving the productivity of the crop in the stress prone WANA region. The new selection approach, in principle, is applicable to other autogamous or partially autogamous crop plants as well.
Die Verbesserung des Kornertrags unter Trockenstressbedingungen, wie sie beispielsweise in den semi-ariden Gebieten der sogenannten WANA-Region (West-Asien und Nord-Afrika) auftreten, stellt seit vielen Jahren ein hartnäckiges Problem dar. Obgleich Gerste (Hordeum vulgare L.) in dieser Region weitverbreitet angebaut wird, besteht eine hohe Gefahr von Ernteausfällen. Aufgrund ihrer autogamen Blühbiologie weisen Gerstensorten eine fast vollständige Homozygotie auf. Populationsgenetische Studien zeigten, dass heterozygote Gerstengenotypen eine signifikant höhere Stresstoleranz besitzen und dementsprechend sowohl im Ertragsniveau als auch in der Ertragsstabilität überlegen sind. Die Erhöhung des Heterozygotiegrades der Gerste war daher das Hauptziel dieser Arbeit. Zu diesem Zweck wurde ein neuer Ansatz der marker-gestützten rekurrenten Selektion (RS) auf hohen Heterozygotiegrad entwickelt und auf eine weltweite, genetisch diverse Gerstenkollektion angewendet.
Die Ziele dieser Arbeit waren insbesondere (1) die Überprüfung der Wirksamkeit des oben genannten Ansatzes, (2) die Bestimmung des Heterozygotiegewinns über vier RS-Zyklen sowie die Evaluierung der einzelnen Selektionszyklen in einem vergleichenden Abschlußexperiment unter gemeinsamen Umweltbedingungen, (3) die Schätzung des des Selektionsdifferentials, Selektionsgewinns sowie der realisierten Heritabilität, und (4) die Bereitstellung von Gerstenmaterial mit erhöhtem Heterozygotiegrad für Pflanzenzüchtungs-programme in der WANA-Region.
Der Heterozygotiegrad wurde mittels kodominanter Mikrosatellitenmarker bestimmt. Hierbei wurden nur solche Pflanzen selektiert, die Heterozygotie an möglichst vielen Markerloci aufwiesen. Es konnte dann angenommen werden, dass diese Pflanzen aus der Kreuzung zwischen einer Mutterpflanze mit genetischer Veranlagung für Offenblütigkeit und einer Bestäuberpflanze mit erhöhter Pollenschüttung hervorgegangen war. Für die Marker-auswertung wurden zunächst jeweils sechs Pflanzen in einer Mischprobe analysiert. Proben mit hohem Polymorphiegrad wurden anschließend einzelpflanzenweise genotypisiert. Um den Arbeits- und Zeitaufwand gering zu halten, kam ab dem zweiten Selecktionszyklus eine Multiplex-Analyse zum Einsatz (zwei Kombinationen zu je drei Markern).
Im Verlauf des RS-Experimentes wurde eine Ausgangspopulation aus 201 Gersten-Akzessionen zusammengestellt, die aus den Sammlungen der Genbanken am International Center for Agricultural Research in Dry Areas (ICARDA) und am Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Deutschland stammen. Es konnte ein schrittweiser Anstieg des Heterozygotiegrades von 0,60% in der Ausgangspopulation auf 3,24% nach vier Selektionszyklen festgestellt werden. In der Ausgangspopulation zeigten die sechsreihigen Landrassen einen höheren Heterozygotiegrad als die zweireihigen.
Der Selektionsgewinn war im ersten RS-Zyklus am höchsten, was auf eine starke Abnahme der genetischen Varianz im Verlauf des Experimentes sowie eine erhebliche Dezimierung des Populationsumfanges durch viele hochgradig dormante Prüfglieder nach dem ersten RS-Zyklus zurückführbar ist. Für den Heterozygotiegrad ergaben sich in den einzelnen RS-Zyklen sehr niedrige Schätzwerte der realisierten Heritabilität. Trotzdem wurde ein insgesamt signifikanter Selektionsgewinn erzielt.
Zum Vergleich der in den einzelnen RS-Zyklen selektierten Fraktionen unter gemeinsamen Umweltbedingungen wurde konserviertes Saatgut in einem abschließenden Gewächshausexperiment angebaut. Neben der Heterozygotie wurden verschiedene Entwicklungs-, Blüh- und Leistungsmerkmale (Tage bis zum Ährenschieben, Antherenextrusion, offenes Abblühen, Anzahl ährentragender Halme, Hundertkorngewicht und Kornzahl je Ähre) erhoben. Die beobachtete Heterozygotie stieg von 0,30% in der C1-Population über 0,69% in C2 und C3 auf 1,29% in C4. Die unterschiede zwischen den zyklen en ueberwiegen war statistisch signifikant.
Die im Abschlussexperiment festgestellten Markergenotypen wurden auch zur Schätzung der Multilocus-Auskreuzungsraten herangezogen. Die Werte stiegen von 1,4% in C1 über 2,1% in C2 auf 2,8% in C3 und C4. Der Anstieg von C1 zu C3 und C4 war signifikant. Alle Schätzwerte sind wahrscheinlich nach unten verzerrt, da während der Blüte im Gewächshaus extrem hohe Temperaturen herrschten. Große Unterschiede existierten zwischen den Auskreuzungsraten einzelner Familien innerhalb der Populationen. Es bestanden keine signifikanten Korrelationen zwischen der Auskreuzungsrate und den Blühmerkmalen.
Der beobachtete positive Selektionsgewinn bekräftigt die Effektivität des hier beschriebenen Ansatzes zur Steigerung des Heterozygotiegrades beim ?Selbstbefrucher? Gerste. Hiermit eröffnen sich gute Perspektiven zur Verbesserung der Produktivität dieser Kulturart in der stressanfälligen WANA-Region. Der praktizierte Ansatz ist grundsätzlich auch auf andere autogame oder partiell autogame Nutzpflanzenarten anwendbar.
1289387224
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/513/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/513/pdf/Aruna_PhD_thesis_final_version.pdf
Nandety, Aruna
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik
oai:opus.uni-hohenheim.de:517
2010-11-18T13:55:24Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5174
Mapping of quantitative-trait loci (QTL) for adult-plant resistance to Septoria tritici in five wheat populations (Triticum aestivum L.)
Universität Hohenheim
Weizen
Septoria tritici
Resistenz
QTL
Metaanalyse
Agriculture
Weizen
Septoria tritici
Resistenz
QTL
Metaanalyse
Triticum aestivum, Septoria tritici, Resistance, QTL, Meta-analysis
Septoria tritici blotch (STB), caused by Septoria tritici (teleomorph Mycosphaerella graminicola), is one of the most important diseases in wheat varieties worldwide, responsible for severe damage of the leaves causing yield losses between 30 and 40 %. Control of STB includes crop rotation, soil tillage, fungicide application, and cultivation of resistant varieties. Profit-making wheat growers are forced to apply narrow crop rotations under reduced tillage. Some fungicides including widely-used strobilurins are no longer effective due to mutations in the highly variable pathogen population of S. tritici. Therefore, resistance breeding using genetic mapping to identify quantitative-trait loci (QTL) associated with STB resistance provides a promising strategy for controlling the disease.
The main goal of this study was to detect chromosomal regions for quantitative adult-plant resistance of winter wheat to STB. Besides this, we analyzed the genetic diversity of 24 European varieties after inoculation with four different isolates of S. tritici. Multienvironmental field trials inoculated with S. tritici were applied to test isolates and varieties and to phenotype mapping populations. In detail, the objectives were to (1) compare natural infection and inoculation, (2) evaluate genotypic variation of adult-plant resistance to STB in European varieties, (3) analyze genotype x environment (G x E) interaction, (4) evaluate and analyze phenotypic data including STB severity, heading date (HED), and plant height (PLH) of five mapping populations, (5) construct genetic linkage maps of these populations using AFLP, DArT, and SSR markers, (6) determine number, positions, and genetic effects of QTL for evaluated traits, and (7) reveal QTL regions for multiple-disease resistance within mapping populations using QTL meta-analysis.
In all trials, inoculation with one to four preselected isolates was performed and STB severity was visually scored plotwise as percentage coverage of flag leaves with lesions bearing pycnidia. 24 winter wheat varieties were chosen with maximal differentiation in resistance to STB and evaluated across three years including nine environments. Five mapping populations, Florett/Biscay, Tuareg/Biscay, History/Rubens, Arina/Forno, and Solitär/Bussard, each comprising a cross of a resistant and a susceptible variety, with population sizes ranging from 81 to 316, were phenotyped across four to six environments. In parallel, 221 to 491 polymorphic genetic markers were assigned to linkage groups covering 1,314 to 3,305 cM of the genome. Based on these linkage maps, the number, positions, and genetic effects of QTL could be determined by composite interval mapping. Furthermore, raw data of different experiments evaluated for resistance to two other pathogens, Fusarium head blight and Stagnospora glume blotch, were used to reveal multiple-disease resistance QTL within Arina/Forno and History/Rubens populations by the software package PLABMQTL.
Results of inoculated field trials coincided with not inoculated trials showing natural infection (r = 0.84 to 0.99, P < 0.01), thus inoculation method was accurate to evaluate STB severity in the field. Genotypic variation between 24 varieties ranged from 8 % (Solitär) to 63 % (Rubens) flag leaf area infected. In the analysis of variance, genotypic variance had highest impact followed by G x E interaction (P < 0.01). Therefore, environmental stability of varieties should be a major breeding goal. The varieties Solitär, History, and Florett were most stable, as revealed by a regression approach. In contrast, disease symptoms of Biscay ranged from 19 to 72 % within the three experimental years.
Phenotypic data revealed significant (P < 0.01) genotypic differentiation for STB, HED, and PLH within all five mapping populations and between the parents. Entry-mean heritabilities (h²) ranged from 0.69 to 0.87 for STB, the only exception was Tuareg/Biscay (h² = 0.38). For HED (h² = 0.78 to 0.93) and PLH (h² = 0.92 to 0.98) heritabilities were high. All correlations between STB and HED (r = -0.18 to -0.33) as well as between STB and PLH (r = -0.13 to -0.45) were negative and moderate. The exception was History/Rubens which is segregating at the Rht-D1 locus showing considerably higher correlation between STB and PLH (r = -0.55, P < 0.01). The five mapping populations showed a wide and continuous distribution of mean STB severity averaged across three to six environments in field trials at adult-plant stage.
In QTL analysis, one to nine, zero to nine, and four to eleven QTL were detected for STB, HED, and PLH, respectively, across five wheat populations using composite interval mapping. One to two major QTL for resistance to STB were detected consistently across environments in each population (QStb.lsa_fb-3B, QStb.lsa_fb-6D, QStb.lsa_tb-4B, QStb.lsa_tb-6B, QStb.lsa_hr-4D, QStb.lsa_hr-5B.1, QStb.lsa_af-3B, QStb.lsa_bs-7A) explaining more than 10 % of normalized adjusted phenotypic variance. Altogether, resistance QTL explained 14 to 55 % of adjusted phenotypic variance. Both parents contributed resistant alleles. Major QTL, however, were all from the resistant parent.
QTL meta-analysis revealed each of four loci for multiple-disease resistance located on chromosomes 3B, 4B, 5B, and 6D in Arina/Forno, and on chromosomes 2B, 4D, 5B, and 7B in History/Rubens. The most effective meta QTL was on chromosome 4D in History/Rubens closely linked to Rht-D1. The resistance allele from History reduced disease severity by 9.8 % for STB and 6.3 % for FHB, thus explaining 47 % and 60 % of partial phenotypic variance.
In general, European wheat varieties showed a wide range of genotypic variation for STB resistance useful for breeding. Although the influence of environment and G x E interaction was high, some resistant varieties which were stable across multiple environments were found (Solitär, History, Florett). Genomic regions associated with STB resistance were mapped across 13 out of 21 wheat chromosomes. Together with the continuous distribution of five segregating populations for flag leaf infection, it can be concluded that the adult-plant resistance to S. tritici was inherited quantitatively depending on several loci explaining part of phenotypic variance. QTL meta-analysis across three severe pathogens, including Fusarium head blight, Stagnospora glume blotch, and STB, within two populations revealed eight loci for multiple-disease resistance with closely linked markers applicable in resistance breeding. Combining detected major QTL as well as meta QTL in present breeding material by applying marker-assisted selection seems a promising approach to the breeding of varieties with improved resistance to Septoria tritici blotch, Fusarium head blight, and Stagnospora glume blotch.
Die Septoria-Blattdürre (Septoria tritici blotch, STB) des Weizens wird durch den Erreger Septoria tritici (teleomorph Mycosphaerella graminicola) verursacht. Die gefährliche Blattkrankheit hat in den Weizenanbaugebieten der gemäßigten Breiten weltweit große Bedeutung und führt zu Ertragsverlusten zwischen 30 und 40 %. Das Befallsrisiko kann durch Fruchtfolgegestaltung, Bodenbearbeitung, Fungizidapplikation und den Anbau resistenter Sorten verringert werden. Um Kosten zu reduzieren und das Betriebseinkommen zu steigern, sind Landwirte gezwungen, Weizen in engen Fruchtfolgen mit reduzierter Bodenbearbeitung anzubauen. Die als Fungizid weit verbreiteten Strobilurine haben aufgrund von Mutationen in der sehr anpassungsfähigen Pathogenpopulation von S. tritici ihre Wirkung verloren. Die Resistenzzüchtung liefert durch die Anwendung der genetischen Kartierung zur Lokalisierung quantitativ vererbter Resistenzloci (sog. QTL) einen vielversprechenden Ansatz zur Kontrolle der Septoria-Blattdürre bei Weizen.
Im Vordergrund dieser Studie stand die Lokalisation chromosomaler Regionen für die quantitativ vererbte Adultpflanzenresistenz von Weizen gegen STB. Außerdem wurde die genetische Diversität von 24 europäischen Sorten nach Inokulation mit vier verschiedenen S. tritici-Isolaten untersucht. Es wurden Feldversuche in mehreren Umwelten mit ein bis vier ausgewählten S. tritici-Isolaten inokuliert, um Isolate und Sorten zu testen und um Kartierungspopulationen zu phänotypisieren. Diese Isolate wurden so ausgewählt, dass sie nur Adultpflanzenresistenz entdecken. Die Ziele waren im Einzelnen (1) den Krankheitsbefall bei natürlicher Infektion und nach Inokulation zu vergleichen, (2) die genetische Variation für Adultpflanzenresistenz gegen STB in europäischen Sorten zu untersuchen, (3) die Genotyp x Umwelt (G x U)-Interaktion zu analysieren, (4) die phänotypischen Merkmale STB-Befall, Ährenschieben (AES) und Wuchshöhe (WUH) von fünf Kartierungspopulationen zu erheben und varianzanalytisch auszuwerten, (5) genetische Kopplungskarten dieser Populationen mit AFLP, DArT und SSR Markern zu erstellen, (6) Anzahl, Position und die genetischen Effekte der QTL für die erhobenen Merkmale zu bestimmen und (7) Genomregionen für multiple Krankheitsresistenz innerhalb der Kartierungspopulationen mit Hilfe einer QTL Meta-Analyse zu entdecken.
In allen Feldversuchen wurde nach der Inokulation der prozentuale Krankheitsbefall mit STB auf dem Fahnenblatt im Mittel über die Parzelle visuell erfasst. 24 Weizensorten, die sich in der Resistenz gegen STB unterscheiden, wurden über drei Jahre in neun Umwelten angebaut. Fünf Kartierungspopulationen, Florett/Biscay, Tuareg/Biscay, History/Rubens, Arina/Forno und Solitär/Bussard, jeweils Kreuzungen aus einer resistenten und einer anfälligen Sorte mit Populationsgrößen zwischen 81 und 316 Genotypen wurden in vier bis sechs Umwelten phänotypisiert. Parallel wurden je Population 221 bis 491 polymorphe Marker den einzelnen Kopplungsgruppen zugeordnet. Die entstandenen genetischen Karten hatten eine Genomabdeckung von 1.314 bis 3.305 cM. Auf der Grundlage dieser genetischen Karten konnten die Anzahl, die Positionen und die genetischen Effekte der QTL für die erhobenen Merkmale bestimmt werden. Hierzu wurde das Verfahren der Intervallkartierung unter Einbeziehung von Kofaktoren verwendet. Darüber hinaus wurden die ursprünglichen Daten aus anderen Feldexperimenten zur Untersuchung der Resistenz gegen zwei weitere bedeutende Krankheitserreger, Ährenfusarium und Spelzenbräune, verwendet, um QTL für multiple Krankheitsresistenz innerhalb der Populationen Arina/Forno und History/Rubens zu entdecken.
Die Ergebnisse der inokulierten Parzellen stimmten gut mit den Boniturwerten in natürlich infizierten Parzellen überein (r = 0,84 bis 0,99, P < 0,01). Daraus lässt sich schließen, dass die eingesetzte Inokulationsmethodik geeignet war, um den Befall mit STB im Feld auch unter ungünstigen Bedingungen zu gewährleisten und eine ähnliche Differenzierung der Weizensorten wie in der Praxis zu ermöglichen. Zwischen den 24 Weizensorten variierte die infizierte Fahnenblattfläche von 8 % (Solitär) bis 63 % (Rubens) im Mittel über neun Umwelten. Die Varianzanalyse ergab einen hoch signifikanten (P < 0,01) Effekt des Genotyps und der G x U-Interaktion. Aus diesem Grund ist die Umweltstabilität der Sorten ein wichtiges Zuchtziel. In einem Regressionsansatz zeigten die Sorten Solitär, History und Florett die höchste Umweltstabilität. Im Gegensatz dazu schwankte der Befall der Sorte Biscay zwischen 19 und 72 % innerhalb der Umwelten über drei Versuchsjahre.
Die varianzanalytische Auswertung der phänotypischen Daten ergab sowohl innerhalb der fünf Kartierungspopulationen als auch zwischen deren Eltern eine hoch signifikante (P < 0,01) genotypische Differenzierung für alle drei Merkmale STB, AES und WUH. Die Heritabiltät (h²) für STB lag zwischen 0,69 und 0,87, außer bei Tuareg/Biscay (h² = 0,38). Die Heritabilitäten für AES (h² = 0,78 bis 0,93) und WUH (h² = 0,92 bis 0,98) waren in allen Populationen sehr hoch. Die Korrelationen zwischen STB und AES (r = -0,18 bis -0,33) als auch zwischen STB und WUH (r = -0,13 bis -0,45) waren negativ und signifikant (P < 0,01), aber von geringer Bedeutung. Die einzige Ausnahme war die Population History/Rubens, die am für die Wuchshöhe relevanten Rht-D1-Locus aufspaltet und deshalb eine deutlich höhere signifikant negative Korrelation zwischen STB und WUH aufwies (r = -0,55, P < 0,01). Alle fünf Kartierungspopulationen zeigten im Adultpflanzenstadium eine breite und kontinuierliche Häufigkeitsverteilung der Befallsmittelwerte aus Feldversuchen in drei bis sechs Umwelten.
In der QTL-Analyse wurden in den fünf Weizenpopulationen für die drei Merkmale STB, AES und WUH ein bis neun, null bis neun und vier bis elf QTL detektiert. Für die Resistenz gegen STB wurden in jeder Population ein bis zwei Major-QTL kartiert (QStb.lsa_fb-3B, QStb.lsa_fb-6D, QStb.lsa_tb-4B, QStb.lsa_tb-6B, QStb.lsa_hr-4D, QStb.lsa_hr-5B.1, QStb.lsa_af-3B, QStb.lsa_bs-7A), die jeweils mehr als 10 % der normalisierten adjustierten phänotypischen Varianz erklärten. Insgesamt erklärten alle 26 gefundenen Resistenz QTL zusammen 14 bis 55 % der adjustierten phänotypischen Varianz in den fünf Populationen. Resistenzallele stammten vom resistenten aber auch vom anfälligen Elter, während sie bei den gefundenen Major-QTL alle vom resistenten Elter kamen.
Die abschließende Meta-Analyse entdeckte acht Loci für multiple Krankheitsresistenz, vier in Arina/Forno auf den Chromosomen 3B, 4B, 5B und 6D, sowie vier in History/Rubens auf den Chromosomen 2B, 4D, 5B und 7B. Den mit Abstand größten Effekt zeigte der Meta-QTL auf Chromosom 4D in History/Rubens, der eng gekoppelt ist mit Rht-D1. Die Resistenz von History reduziert sowohl den Fahnenblattbefall mit STB um 9,8 % als auch den Ährenbefall mit Fusarium um 6,3 % und erklärt damit jeweils 47 % bzw. 60 % der partiellen phänotypischen Varianz.
Die Studie hat gezeigt, dass in europäischen Weizensorten eine für die Züchtung nutzbare, breite genetische Variation für die Resistenz gegen STB vorhanden ist. Obwohl der Einfluss der Umwelt als auch die G x U-Interaktion bedeutend waren, wurden einige resistente Sorten mit hoher Umweltstabilität gefunden (Solitär, History, Florett). Auf 13 von 21 Chromosomen des Weizens wurden QTL für die Resistenz gegen STB kartiert. Die kontinuierliche Häufigkeitsverteilung des Fahnenblattbefalls in allen fünf segregierenden Populationen zusammen mit der großen Anzahl von 26 gefundenen QTL lässt darauf schließen, dass die Adultpflanzenresistenz gegen S. tritici quantitativ vererbt wird. Die hier vorgestellte QTL-Meta-Analyse innerhalb zweier Kartierungspopulationen über die drei bedeutenden Pathogene Ährenfusarium, Spelzenbräune und STB konnte acht Loci mit eng gekoppelten Markern für multiple Krankheitsresistenz detektieren. Ein vielversprechender Ansatz in der Resistenzzüchtung ist die Anwendung der markergestützen Selektion. Dadurch ist es möglich sowohl die gefundenen Major-QTL als auch die Meta-QTL im Zuchtmaterial zu kombinieren und somit neue Sorten mit verbesserter Resistenz gegenüber Septoria-Blattdürre, Ährenfusarium und Spelzenbräune zu züchten.
1290084924
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/517/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/517/pdf/Diss_PR_Druckvers_2010_10_18.pdf
Risser, Peter
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landessaatzuchtanstalt
oai:opus.uni-hohenheim.de:519
2010-11-25T13:23:34Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5191
An image analysis and classification system for automatic weed species identification in different crops for precision weed management
Universität Hohenheim
Bildverarbeitung
Landwirtschaft
Herbizid
Unkraut
Teilschlagbewirtschaftung
Automatische Kartierung
Präzisionslandwirtschaft
Agriculture
Expertensystem
site-specific weed control
expert systems for weed control
precision weed management
digital image analysis
patch spraying
A system for the automatic weed detection in arable fields was developed in this thesis. With the resulting maps, weeds in fields can be controlled on a sub-field level, according to their abundance. The system contributes to the emerging field of Precision Farming technologies. Precision Farming technologies have been developed during the last two decades to refine the agricultural management practise. The goal of Precision Farming is to vary treatments within fields, according to the local situation. These techniques lead to an optimisation of the management practice, thereby saving resources, increasing the farmers outcome, reducing the overall management costs and the environmental impact. A successful introduction of Precision Farming involves the development of application equipment capable of varying treatments and sensor technology to measure the spatial heterogeneity of important growth factors. Such systems are able to record, store and use large amounts of data gathered by the sensors. Decision components are needed to transform the measurements into practical management decisions. Since the treatments are varied spatially, positional data, usually measured using GPS technology, has to be processed. The located measurements lead to a delineation of management zones within a field and are represented by geo-data and can be visualised in maps. The improved, detailed knowledge of the situation within the field leads to new and extended scopes of applications and allows to document the management practices more precisely.
In this work, parts of Precision Farming technology were developed for site-specific weed management. Five selected publications are presented, covering the technological prerequisites and details of the developed system.
Ein System zur automatischen Unkrauterkennung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wurde in dieser Arbeit entwickelt. Mit den erstellten Karten können Unkräuter auf Schlägen teilschlagspezifisch, nach ihrem tatsächlichen Vorkommen, bekämpft werden. Das System ist Teil der Entwicklungen im Precision Farming (Präzisionslandwirtschaft). Precision Farming Technologien wurden in den letzten zwei Jahrzehnten entwickelt, um die landwirtschaftlichen Bearbeitungsstrategien zu verfeinern. Das Ziel von Precision Farming ist die Variation der Bearbeitung innerhalb von Schlägen anhand der lokalen Situation. Diese Techniken führen zu einer Optimierung der Bearbeitungspraxis, sparen Ressourcen, erhöhen den Ertrag der Landwirte, reduzieren die Bearbeitungskosten und schonen die Umwelt. Die erfolgreiche Einführung von Precision Farming erfordert die Entwicklung von Bearbeitungsgeräten, die die Behandlungsintensität variieren können, und Sensoren, mit denen die räumliche Heterogenität von Wachstumsfaktoren bestimmt werden kann. Solche Systeme können große Datenmengen, die von den Sensoren erfasst werden, aufnehmen, speichern und verarbeiten. Ortsgebundene Messungen führen dann zur Abgrenzung von Bearbeitungszonen innerhalb eines Schlages und werden als Geodaten erfasst und können in Karten visualisiert werden. Das verbesserte, detailliertere Wissen um die Situation innerhalb von Schlägen führt zu neuen, erweiterten Anwendungsbereichen und erlaubt eine präzisere Dokumentation der getroffenen Maßnahmen.
In dieser Arbeit wurde ein Teil von Precision Farming Technogien für die teilschlagspezifische Unkrautbekämpfung entwickelt. Fünf ausgewählte Publikationen werden präsentiert, die technologische Voraussetzungen und Details des entwickelten Systemes abdecken.
1290687732
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/519/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/519/pdf/weis_dissertation_final_a5_erratum.pdf
Weis, Martin
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Phytomedizin
oai:opus.uni-hohenheim.de:502
2010-11-30T12:10:35Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5029
Interactions between non-symbiotic N2-fixing bacteria and plant roots in plant-microbial associations
Universität Hohenheim
Bodenbakterien
Rhizosphäre
Pflanzenernährung
Stickstofffixierung
Agriculture
PGPR
Wurzelexsudate
Motilitätstest
Ammonium-Transporter
PGPR
Biological Nitrogen Fixation
root exudates
motility assay
AMTs
The development of biofertilizers on the basis of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) may be a promising approach to partially substitute costly and energy-consuming mineral fertilizers in agricultural plant production and to support agriculture in developing countries. A successful and competitive rhizosphere colonization of PGPR strains has been identified as a prerequisite for the expression of plant growth promoting effects. Apart from a wide range of external factors with an impact on the colonization process, such as soil properties, temperature, soil moisture and fertilization levels, in particular plant-microbial interactions may play an important role for the successful establishment of compatible associations. In this context, certain plant root exudates may act as signals to mediate bacterial responses with importance for root colonisation (e.g. motility and chemotaxis, production of extracellular polysaccharides). On the other hand, the induction of bacterial plant growth promotion may also depend on ability of the host plant to respond to the presence and the activity of the associated bacteria. It was therefore the aim of this thesis to investigate the contribution of putative PGPR to growth and N uptake in wheat plants and characterize the underlying mechanisms in root-bacterial associations.
In the first part of this thesis, the contribution of various non-symbiotic diazotrophic rhizobacteria to plant growth promotion and N nutrition has been studied in a series of greenhouse pot inoculation experiments with wheat (Triticum aestivum L.). Different bacterial inoculants, plant genotypes, soil properties, water regimes and N fertilization levels have been varied as factors with potential impact on plant growth promotion by diazotrophs. The contribution of biological nitrogen fixation was assessed by the 15N dilution method. Plant growth and grain yield were influenced by the different N fertilization levels but no stimulation of growth or N uptake was note upon bacterial inoculation. These observations suggested a high degree of specificity or limiting factors, determining a successful plant-microbial association.
The second part describes possible mechanisms that may be involved in the establishment of diazotrophs in the rhizosphere of suitable host plants. As an initial step of the colonization process, a targeted movement of the bacteria to the root surface is required and root exudates may act as attractants. Since dicarboxylic acids are known to exert chemotactic activity on diazotrophic bacteria, seed and root exudates of two graminaceous crops (Triticum aestivum L. and Zea mays L.) and for comparison also of a non-graminaceous plant species (Phaseolus vulgaris L.) were collected in hydroponic culture with and without N supply, and organic acid profiles in these root exudates were analysed. Bacterial motility assays were conducted with the major carboxylates detected in the root exudates of the selected plant species and compared to glucose and water, using Brevibacillus reuszeri as a model bacterium. Pure malate, which was found at high levels in root exudates of bean and wheat, and particularly malonate (bean) and t-aconitate (maize) stimulated the motility of Brevibacillus reuszeri as compared with glucose or water. A particularly intense promotion of bacterial motility was recorded in the presence of crude root exudates of wheat and maize plants grown under N limitation, which was not observed for root exudates of bean. However, this was not related with comparable changes of malate or t-aconitate concentrations in the root exudates. In wheat exudates, malate concentrations even decreased in response to N limitation. These findings suggest the presence of specific factors released in root exudates of N-deficient cereals, promoting the rhizosphere colonisation with B. reuszeri. For an identification of the respective factors, a more comprehensive profiling of the root exudates is necessary.
In associations with diazotrophic bacteria, host plants are supplied with ammonium by the bacterial partner. This raised the question whether plant ammonium uptake systems have an impact on the efficiency of the association. To address this problem, an antisense approach was conducted with tomato, with characterised ammonium transporters (LeAMT1;1 and LeAMT1;2). The final goal was the inhibition of the ammonium transporters by production of LeAMT antisense lines to study their putative role in plant associations with diazotrophic bacteria. Northern blot analysis revealed a strong repression of LeAMT1;2 expression in three independent antisense lines associated with a lower ammonium uptake capacity under N-sufficient and N-deficient growth conditions. In contrast, LeAMT1,1 expression was only weakly repressed in antisense lines and there was no impact on N uptake. A faster decline of chlorophyll in older leaves indicates a physiological function of LeAMT1;1 and LeAMT1;2 in ammonium uptake and retrieval in shoot and root cells. The absence of consistent effects on N acquisition of the investigated antisense lines limited the suitability of this approach for studies on associations with diazotrophic bacteria.
Die Entwicklung geeigneter Biofertilizer auf der Basis pflanzenwachstums-stimulierender Bakterien (PGPRs) könnte sowohl aus finanzieller Perspektive als auch für die Anwendung in Entwicklungsländern einen vielversprechenden Ansatz darstellen, um Kostenintensive Mineraldünger in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion einzusparen. Dabei stellt eine erfolgreiche und kompetitive Besiedelung der Rhizosphäre durch PGPRs eine Voraussetzung für wachstumsfördernde Effekte auf Pflanzen dar. Obwohl der Besiedelungsprozess durch zahlreiche externe Faktoren, wie Bodeneigenschaften, Temperatur, Bodenfeuchte und Düngungsniveau beeinflusst werden kann, könnten auch selektive Wechselwirkungen zwischen Wirtspflanze und dem Bakterium eine entscheidende Rolle für das Zustandekommen kompatibler Assoziationen spielen. Hierbei könnten pflanzliche Wurzelabscheidungen eine Signalwirkung auf bakterielle Reaktionen, wie Beweglichkeit, Chemotaxis oder die Produktion von Exopolysacchariden ausüben, die für die Besiedelung der Rhizosphäre von Bedeutung sind. Andererseits könnte auch die Fähigkeit der Wirtspflanze, auf die Gegenwart der besiedelnden Bakterien zu reagieren, eine wichtige Rolle spielen. Es war das Ziel dieser Arbeit den Beitrag von PGPR auf das Wachstum und die N-Aufnahme von Weizenpflanzen zu unterscheiden und dafür verantwortliche Mechanismen in Wurzel-Bakterie-Assoziationen zu charakterisieren.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde in Gewächshausversuchen mit Weizen (Triticum aestivum L.) der Beitrag assoziativer diazotropher Bakterien zur Wachstumsstimulierung und N-Aufnahme von Weizenpflanzen untersucht. Verschiedene Bakterienstämme, Weizengenotypen, Bodeneigenschaften, Bewässerungsregimes und N-Düngungsniveaus wurden als externe Faktoren mit potenziellem Einfluss auf die Stimulierung des Pflanzenwachstums durch Diazotrophe untersucht. Der Beitrag der biologischen Stickstoff-Fixierung wurde mit der 15N-Verdünnungsmethode bestimmt. Das Pflanzenwachstum, der Kornertrag und die Ertragsarchitektur wurden durch die verschiedenen N-Düngungsniveaus beeinflusst, doch es zeigten sich keine Behandlungsunterschiede in Varianten mit oder ohne bakterielle Inokulation. Dies weist auf einen hohen Grad an Spezifität bislang unbekannter Faktoren hin, die für das Zustandekommen erfolgreicher bakterieller Assoziationen mit der Wirtspflanze verantwortlich sind.
Im zweiten Teil der Arbeit werden mögliche Mechanismen beschrieben, die eine Besiedelung der Rhizosphäre kompatiblen Wirtspflanzen durch Diazotrophe beteiligt sein könnten. Erster Schritt des Besiedelungsprozesses ist eine gerichtete Bewegung der Bakterien zur Wurzeloberfläche. Dabei können Wurzelexsudate als Signalsubstanzen fungieren. Insbesondere Dicarbonsäuren haben eine chemotaktische Aktivität auf Diazotrophe. Deshalb wurden Samen-, und Wurzelexsudate von zwei Gramineen (Triticum aestivum L., Zea mays L.) und zum Vergleich auch von einer dikotylen Pflanzenart (Phaseolus vulgaris L.) gewonnen, die in Nährlösungskultur mit und ohne Stickstoffangebot kultiviert wurden. In den Exsudaten wurden organische Säuren bestimmt. Die chemotaktische Wirkung auf Brevibacillus reuszeri als Modell-Bakterium wurde für die dominierenden Carboxylate in den Wurzelexsudaten der untersuchten Pflanzenarten im Vergleich zu Glucose und Wasser untersucht. Malat, das in hoher Konzentration in Wurzelexsudaten von Bohne und Weizen gefunden wurde, und besonders Malonat (Bohne) und t-Aconitat (Mais) förderten die Beweglichkeit von B. reuszeri im Vergleich zu Glucose und Wasser. Eine besonders intensive Förderung der bakteriellen Beweglichkeit wurde in Gegenwart einer Gesamtfraktion von Wurzelexsudaten von Weizen und Maispflanzen beobachtet, die unter N-Mangelbedingungen angezogen wurden. Dies galt jedoch nicht für die Wurzelexsudate der Bohne und war auch nicht mit entsprechenden Veränderungen der Konzentrationen von Malat und t-Aconitat verbunden. In den Wurzelexsudaten von Weizen nahm die Konzentration von Malat unter N-Mangel sogar ab. Eine genauere Charakterisierung der betreffenden Faktoren erfordert eine umfassendere Analyse der Exsudatzusammensetzung.
In Assoziationen mit diazotrophen Bakterien werden die Wirtspflanzen mit Ammonium versorgt. Dies wirft die Frage auf, ob auch pflanzliche NH4+-Aufnahmesysteme einen Einfluss auf die Effizienz der Assoziation haben. Daher wurde ein Antisenseansatz mit Tomate, die ein charakterisiertes Ammoniumaufnahmesysteme (LeAMT1;1 und LeAMT1;2) hat, durchgeführt. Ziel war es, die NH4+-Aufnahme durch Herstellung von Antisenselinien zu hemmen, um so die mögliche Bedeutung für Assoziationen mit diazotrophen Bakterien zu untersuchen. Northern-Blot Analysen ergaben eine starke Repression der Expression von LeAMT1;2 in drei unabhängigen Antisenselinien, die mit einer verminderten NH4+-Aufnahmekapazität sowohl unter N-Mangelbedingungen als auch bei ausreichender Stickstoffversorgung verbunden war. Im Gegensatz dazu zeigten LeAMT1,1-Antisenselinien nur eine leicht verminderte LeAMT1,1-Expression und keinen Effekt auf die NH4+-Aufnahme. Eine beschleunigter Chlorophyllabbau in älteren Blättern weist auf eine physiologische Funktion von LeAMT1,1 and LeAMT1;2 bei der Aufnahme und Rückverlagerung von Ammonium in Sprosszellen hin. Das Fehlen konsistenter Effekte des gewählten Antisenseansatzes auf die N-Aneignung machte daher dessen Einsatz für die ursprünglich geplanten Untersuchungen für Assoziationen zwischen Wurzeln und diazotrophen Bakterien ungeeignet.
1290691051
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/502/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/502/pdf/Diss_Olga_Calvo.pdf
Calvo Alegre, Olga-Cristina
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Pflanzenernährung
oai:opus.uni-hohenheim.de:518
2010-12-01T10:12:24Z
ddc:630
pub-type:8
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urn:nbn:de:bsz:100-opus-5186
Charakterisierung der Matrixmetalloproteinasen (SlMMP1 & SlMMP2) aus Tomate (Solanum lycopersicum) und ihre Rolle in der pflanzlichen Entwicklung und Pathogeninteraktionen
Characterisation of the tomato (Solanum lycopersicum) Matrixmetalloproteinases (SlMMP1 & SlMMP2) and their role during plant development and pathogen interaction
Universität Hohenheim
Tomate
Agriculture
Matrixmetalloproteinasen
Pathogeninteraktion
Matixmetalloproteinases
Pathogeninteraction
Ziel der vorliegenden Arbeit war die funktionelle Charakterisierung der Matrixmetalloproteinasen SlMMP1 und SlMMP2 aus Tomatenpflanzen mittels Aufreinigung und biochemischer Charakterisierung der rekombinanten Proteine, detaillierter Expressionsstudien in Tomatenpflanzen, sowie phänotypischer und molekularer Analyse transgener Pflanzen mit veränderter Expression von SlMMP1/2 (SlMMP1/2-RNAi).
Die Enzyme SlMMP1/2 wurden in E. coli exprimiert und mittels Affinitätschromatographie gereinigt. Die Aktivität der rekombinanten MMPs wurde durch Ca2+-Ionen stimuliert. Für SlMMP1 konnte ein Aktivitätsoptimum bei pH 6,5 und für SlMMP2 bei pH 7 gemessen werden. Der apparente Km-Wert für ein fluorogenes Peptidsubstrat wurde für SlMMP1 bei 19,5 µM und für SlMMP2 bei 19,9 µM ermittelt, bei einer katalytischen Effizienz (Kcat/Km) von 0,010 bzw. 0,024 s-1*µM-1. Diese Daten lassen vermuten, dass es sich bei der SlMMP1 und SlMMP2 um Enzyme mit redundanten Eigenschaften handelt.
Die Expressionsanalyse ergab, dass SlMMP1 in allen untersuchten Organen und Entwicklungsstadien exprimiert wird, wobei die stärkste Expression in acht Tage alten Keimlingen und in Stängeln von sechs Wochen alten Pflanzen zu beobachten war.
SlMMP2 zeigte dagegen keine konstitutive Expression in Blättern sechs Wochen alter Pflanzen. In acht Tage alten Keimlingen ist die Expression von SlMMP2 in Wurzel und Hypokotyl deutlich stärker als in Kotyledonen. Die gewebsspezifische Expression von SlMMP1 und SlMMP2 weist darauf hin, dass die Enzyme trotz ähnlicher biochemischer Eigenschaften spezifische Substrate und Funktionen in den jeweiligen Geweben haben könnten.
Mit Hilfe immunohistochemischer Methoden wurde gezeigt, dass SlMMP1/2 in Zellwänden von Hypokotyl und Wurzel lokalisiert ist. Dies bestätigte die Annahme, dass es sich bei SlMMP1/2 um extrazelluläre Enzyme handelt. In transgenen Pflanzen mit verminderter SlMMP1/2 Expression zeigten sich zwei Wochen nach der Keimung Veränderungen in der Oberflächenstruktur der Hypokotyle, die zu nekrotischen Läsionen führten. Mit fortschreitendem Alter der Pflanzen wird das gesamte Hypokotyl von den Nekrosen erfasst. Ebenso zeigen sich veränderte Zellmuster im Kortex und Zelltodereignisse in der Epidermis und in der subepidermalen Zellschicht. Während späterer Entwicklungsstadien werden diese Effekte auch auf Blättern von SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen sichtbar. Des Weiteren kommt es zur massiven Akkumulation phenolischer Sekundärmetabolite, sowie zu einer Beeinträchtigung der Wurzelentwicklung in SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen, was sich in einer Reduktion der Gesamtwurzellänge und in der Ausbildung primärer und sekundärer Seitenwurzeln äußert.
Viele der beobachteten Effekte in SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen lassen eine Beteiligung von Ethylen vermuten. Eine gesteigerte Ethylenproduktion konnte in SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen experimentell bestätigt werden.
Mittels Mikroarray Analysen wurde untersucht, in welcher Weise sich der Verlust von SlMMP1/2 auf die Genexpression in Hypokotylen von SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen auswirkt. Es wurden 522 Gene identifiziert, welche in Hypokotylen von SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen differentiell reguliert sind. Davon waren 332 Gene stärker, und 190 Gene schwächer exprimiert als in Wildtyp-Pflanzen. Erhöht, aber nicht signifikant überrepräsentiert war in den RNAi-Pflanzen der Anteil an Genen, die eine Rolle bei Entwicklungsprozessen, bei Stressreaktionen, bei Reaktionen auf abiotische und biotische Reize spielen, und Gene die bei noch unbekannten biologischen Prozessen beteiligt sind. Der Anteil an Genen mit einer Funktion bei Transportvorgängen ist in RNAi-Pflanzen deutlich erniedrigt.
Nachdem beobachtet wurde, dass die Expression von SlMMP1/2 nach Infektion mit Sclerotinia sclerotiorum induziert wird, wurde eine mögliche Beteiligung in der Pathogenabwehr untersucht. Eine direkte Beteiligung in der Abwehr von Sclerotinia sclerotiorum ist aber auszuschließen, da keine Unterschiede in der Wachstumskinetik des Pilzes auf Wildtyp- oder SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen zu erkennen waren.
Des Weiteren wurde überprüft, ob es zwischen SlMMP1/2-RNAi- und Wildtyp-Pflanzen Unterschiede in der Resistenz gegenüber dem biotrophen Pathogen Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) gibt. Auf SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen zeigte sich ein vermindertes bakterielles Wachstum für virulente, avirulente, als auch für nicht pathogene Bakterienstämme, was mit starken Nekrosen in Blättern der SlMMP1/2-RNAi-Pflanzen einherging. Das deutet auf eine regulatorische Funktion von SlMMP1/2 in der unspezifischen Reaktion auf biotische Stressfaktoren.
Matrixmetalloproteinases belong to the family of metzincins and are widely distributed in prokaryotic as well as eukaryotic organisms. Mammalian matrixmetalloproteinases function in the formation of peptide hormones, growth factors and receptor proteins and regulate important physiological processes. Little is known about the function of the related plant matrixmetalloproteinases, except for a few enzymes in plants. Their function in tomato plants is still unresolved. However, preliminary data suggest that matrixmetalloproteinases may play essential roles in the regulation of development and pathogen defense in tomato plants.
The present study aimed at the elucidation of the function of the tomato matrixmetalloproteinases SlMMP1 and SlMMP2 by purification and biochemical characterization of the recombinant proteins, detailed expression analysis in tomato plants, as well as the phenotypical and molecular analysis of transgenic plants with reduced expression levels for SlMMP1/2 (SlMMP1/2-RNAi).
SlMMP1/2 were expressed in E. coli and purified by affinity chromatography. Activity of recombinant MMPs was stimulated by Ca2+-ions. The highest activity was measured for SlMMP1 at pH 6,5 and for SlMMP2 at pH 7. The apparent Km-values for a fluorigenic peptide substrate were 19,5 µM for SlMMP1 and 19,9 µM for SlMMP2, with a catalytic efficiency (kcat/KM) of 0,010 and 0,024 s-1*µM-1 respectively. These data suggest redundant functions for SlMMP1 and SlMMP2.
SlMMP1 was found to be expressed in all tested organs and developmental stages with highest expression levels in eight days old seedlings and stems from six weeks old plants. A constitutive expression in leaves from six weeks old plants was not observed for SlMMP2. In eight days old seedlings, SlMMP2 showed higher expression in roots and hypocotyls than in cotyledons. The tissue-specific expression of SlMMP1 and SlMMP2 suggests specific functions and substrates for the two enzymes in different tissues, inspite of their similar biochemical properties.
SlMMP1/2 were localised to cell walls from hypocotyls and roots using immunohistochemistry. This confirms the assumed extracellular localisation of the enzymes. Transgenic plants with reduced SlMMP1/2 expression levels exhibit alterations in surface structure leading to necrotic lesions two weeks after germination.
The lesions spread over the entire hypocotyl during later stages of development. Cellular organisation was altered in cortical tissues accompanied by cell death events in the epidermis and subepidermal cell layer. These effects spread over leaves during later stages of development. SlMMP1/2-RNAi-plants accumulate massive amounts of phenolic compounds, and exhibit impaired root development with a reduction in overall root length and reduced numbers of primary and secondary lateral roots. Many of the observed effects suggest an involvment of ethylene and a higher ethylene production was in fact confirmed in SlMMP1/2-RNAi-plants.
The effects of the loss of SlMMP1/2 on gene expression were analyzd with microarrays in hypocotyls from SlMMP1/2-RNAi-plants. 522 genes were found to be differentially regulated in SlMMP1/2-RNAi-hypocotyls, with 332 up- and 190 downregulated as compared with widtype plants. Genes with roles in plant development, stress, reaction during abiotic and biotic stimuli, and genes with unknown roles in biological processes appeared to be overrepresented among the differentially regulated genes, however, statistically not significantly. Genes with functions in transport were found to be underrepresented in RNAi-plants.
Based on the observation that infection with Sclerotinia sclerotiorum led to induction of SlMMP1/2 gene expression, a possible function for the enzymes in pathogen defense was analyzed. A direct involvment of the enzymes in plant defense against the fungus can be excluded, however, because no differences in fungal growth were detected between wildtype and SlMMP1/2-RNAi-plants. Furthermore, it was analyzed if there are differences in resistance against the biotrophic pathogen Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) between wildtype and SlMMP1/2-RNAi-plants. Bacterial growth was found to be reduced for virulent, avirulent and non-pathogenic bacteria, accompanied by strong necrosis in SlMMP1/2-RNAi-plants. These data suggest a function for SlMMP1/2 in the regulation of non-specific rections against biotic stresses.
The results of the present study provide a basis for a more complete understanding of the function of SlMMP1/2 in development and pathogene defense of tomato plants.
1291193747
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/518/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/518/pdf/ChristianPasule.pdf
Pasule, Christian
Universität Hohenheim, Fakultät Naturwissenschaften. Institut für Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen
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2011-01-11T09:04:33Z
ddc:630
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Ethologische und klinische Untersuchungen zur Käfig- und Bodenhaltung bei Mastkaninchen
Ethological and clinical research of cage and pen rearing in fattening rabbits
Universität Hohenheim
Kaninchen
Kaninchenhaltung
Kaninchenmast
Artgerechte Haltung
Agriculture
rabbits
rearing
fattening
welfare
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen verschiedener Haltungsformen auf das Verhalten, die Gesundheit und die Leistung der Mastkaninchen untersucht. Dazu wurden die konventionelle Käfighaltung und die neu entwickelte Bodenhaltung geprüft und miteinander verglichen.
Von Juni 2005 bis September 2006 wurden vier Versuche mit insgesamt 1349 ZIKA-Hybridkaninchen durchgeführt. In den Käfigen wurden die Kaninchen bei einer Besatzdichte von 8,3 Tiere/m2 in Gruppen von vier Tieren gehalten. In den Bodenabteilen wurden je Gruppe 24 Tiere bei einer Besatzdichte von 7,8 Tiere/m2 gehalten. Im Versuch A wurde die Käfighaltung mit erhöhten Ebenen der Bodenhaltung auf vollperforiertem Kunststoffboden mit und ohne Stroheinstreu gegenüber gestellt. Im Versuch B wurde in der Käfighaltung zusätzlich der Effekt der erhöhten Ebene untersucht. Im Versuch C wurde das Stroh den Kaninchen sowohl in Käfigen als auch in Bodenabteilen mit vollperforiertem Kunststoffboden in Raufen zur Verfügung gestellt. In Bodenabteilen mit teilperforiertem Kunststoffboden wurde 40 % der Grundfläche mit Stroh eingestreut. Der Versuch D thematisierte die Gruppenzusammensetzung. Dazu wurden gleich- und gemischtgeschlechtliche Mastgruppen gehalten.
Die Bewegungsmöglichkeiten der Kaninchen wurden in der Bodenhaltung im Vergleich zur Käfighaltung deutlich verbessert. Die Kaninchen bewegten sich in der Bodenhaltung signifikant häufiger fort als in der Käfighaltung. Darüber hinaus konnten insbesondere das Hoppeln und Rennen in den Käfigen nur eingeschränkt bzw. nicht ausgeführt werden. Im Gegensatz dazu waren diese Bewegungsabläufe in der Bodenhaltung häufig und sehr intensiv. Durch die gesteigerte lokomotorische Aktivität in der Bodenhaltung wurden die Knochenbildungsprozesse stimuliert und die Knochenstabilität gefördert. Die untersuchten Knochen von den Kaninchen aus der Bodenhaltung waren stärker als die Knochen von den Kaninchen aus der Käfighaltung. Insbesondere die Festigkeitsindex waren in der Bodenhaltung signifikant größer als in der Käfighaltung. Das Anbieten von erhöhten Ebenen in der Käfighaltung zeigte ebenfalls stimulierende Effekte auf die Knochenentwicklung. Die erhöhten Ebenen wurden von Kaninchen problemlos angenommen und viel genutzt. Die männlichen Kaninchen hatten stärkere Knochen als die weiblichen Kaninchen.
In der Bodenhaltung wurde das aggressive Verhalten häufiger als in der Käfighaltung beobachtet. Sowohl in der Käfig- als auch in der Bodenhaltung dominierten kleine und oberflächliche Kratzverletzungen und Bisswunden. Die Weibchen waren insgesamt und insbesondere von den schweren Verletzungen weniger als die Männchen betroffen. Der Anteil der männlichen Kaninchen mit Bisswunden war insbesondere im Versuch D in den gemischtgeschlechtlichen Versuchsgruppen in der Bodenhaltung groß. Dagegen war der Anteil verletzter Tiere in den weiblichen Versuchsgruppen sowohl in der Käfig- als auch in der Bodenhaltung sehr gering.
Von den Verhaltensabweichungen trat vorwiegend das Scharren und Nagen an Einrichtungselementen auf. Die Häufigkeit dieses Verhaltens war in der Käfighaltung größer als in der Bodenhaltung. Die Tiere scharrten und nagten überwiegend am Gitter und am Kunststoffboden. Durch die Strukturierung und Beschäftigungsmöglichkeiten konnte die Häufigkeit dieser Verhaltensabweichung reduziert werden.
Bei den Blutuntersuchungen konnten keine eindeutigen Einflüsse der Käfig- bzw. Bodenhaltung abgeleitet werden. Die Mortalität variierte sehr stark zwischen den einzelnen Versuchen. Dagegen beeinflussten die Haltung und das Geschlecht die Mortalität innerhalb der einzelnen Versuche nur geringfügig und nicht signifikant.
Das Wachstum der Tiere wurde in den Versuchen A, B und C durch das Haltungssystem signifikant beeinflusst. In der Bodenhaltung mit Stroheinstreu wurden die geringsten Zunahmen erzielt. Dagegen erreichten die Kaninchen in der Bodenhaltung auf vollperforiertem Kunststoffboden in allen Versuchen mit den Kaninchen in der Käfighaltung vergleichbare Zunahmen. Der Futterverbrauch und die Futterverwertung wurden durch die Haltung nicht signifikant beeinflusst. Das Geschlecht und die Gruppenzusammensetzung beeinflussten die Mastleistungsparameter nur unwesentlich.
Aus den Ergebnissen vorliegender Versuche geht hervor, dass insbesondere die Bodenhaltung auf vollperforiertem Kunststoffboden mit Strohraufen eine tiergerechte Alternative zur konventionellen Käfighaltung darstellt. Ein entsprechendes Prophylaxeprogramm, strikte Hygienemaßnahmen und ein gutes Management sind dabei die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Mast. In weiteren Versuchen sollte die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelte Bodenhaltung unter Praxisbedingungen geprüft und weiter entwickelt werden.
The aim of this project was to evaluate the effect of different rearing systems on the basis of ethological and clinical parameters in young domestic rabbits kept for meat production. Newly developed pen housing was compared with the conventional cage-rearing.
Four experiments were performed between June 2005 and July 2006 with total 1349 animals. ZIKA-hybrid rabbits were assigned into different rearing systems after weaning. The fattening period lasted eight weeks. In the cages the group size was four animals (8.3 animals/m2) and in pens 24 animals (7.8 animals/m2). In experiment A the conventional cage rearing was compared with the pen rearing on plastic perforated floor and with pen rearing with straw litter. The effect of the elevated ledges was analysed in experiment B. The influence of straw as enrichment was studied in experiment C. The possibility of separated fattening of male and female growing rabbits was tested in the experiment D.
The housing had a significant effect on some important behavioural traits of the animals. The frequencies of locomotion in pens were compared with cages significantly higher. This could be due to the restricted possibility of movement in the conventional cages compared to the pens. The intensive locomotion was performed very seldom and less markedly in the cages, very likely due to the lack of space. As opposed to that, the intensive multiple hops could be observed very frequently in the pens. In the cages only modified single hops could be performed. The elevated slates had no significant effect on the frequency of locomotion. In the cages with elevated slates the frequencies of locomotion were still significantly lower compared to the pens.
The results obtained by peripheral computed tomography confirmed the behavioural observations of locomotory frequences. The pQCT-parameters were higher in pen reared animals. The differences between the animals without the elevated ledges and the pen reared animals were especially significant. Particularly the strain-strength-index was bigger when it comes to the animals in the pens. The major differences were determined in the diaphysis of the analysed bones.
The aggressive interactions occurred very rarely and were not intensive. The majority of aggressive interactions resulted only in minor bite wounds. By clinical examinations predominantly small scratches and small superficial bite wounds were found. No clear differences could be determined between different rearing systems. Animals can bear easily minor scratches and bite wounds without any long-term residual effects. Severe aggression and problematic wounds were observed very seldom. In experiment D the percentage of the animals with injuries was higher in pens than in cages. The percentage of the animals with lesions was especially high in the mixed groups with males and females in the experiment. In general more males than females had bite injuries.
Bare cage environment may be averse to animals. The animals may be unable to adapt, and show abnormalities of behaviour. Abnormal behaviour was shown independently of the housing system. The rate of abnormal behaviour decreased in pens. However, it is also important to note that the pen-raising was not sufficient to completely prevent the development of abnormal behaviour. The frequency of the scratching and gnawing on the equipment could be significantly reduced with straw as enrichment.
Only minor differences were found between the tested rearing systems regarding blood parameters. Although some of these differences were significant. Mortality did not differ between the treatments. Most of the mortality was caused by diarrhoea in the second and third week of the experiment.
The daily weight gain was significantly different between the treatments in experiments A, B and C. The animals in pens with litter achieved the lowest daily weight gains. On the other hand, the daily weight gains of the animals in pens with perforated floor were comparable with the daily weight gains of the animals reared in cages. In experiment D no differences were found in this respect. In all four experiments no differences between the treatments were found in daily feed intake and feed conversion ratio. The rabbits showed only a weak interest for straw litter. This may be due to the attraction towards the cleanliness and dryness of the perforated plastic floor compared to the litter. The use of litter may also depend on the environmental temperature.
Especially the pen housing on plastic perforated floor with straw in the wire container showed positive effects on the behaviour of the rabbits without reduction of performance. More studies are needed before any final conclusion about the appropriateness of the group housing in developed pens can be made. These results have to be proven in further field studies under commercial conditions.
1294733073
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/524/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/524/pdf/Diss_Andrej_Toplak.pdf
Toplak, Andrej
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierhaltung und Tierzüchtung
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2011-01-11T12:19:36Z
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Functions and selection criteria for a llama population in the Bolivian Andes
Universität Hohenheim
Bolivien
Lama
Tierhaltung
Agriculture
Bolivien
Lama
Tierhaltung
Selektionskriterien
Funktionen
Bolivia
Llama
Animal husbandry
Selection criteria, Functions
Bolivia accounts for more than 60% of the llama population worldwide and more than 50,000 smallholder families in marginal areas are dedicated to llama husbandry as part of their livelihood strategy. To this day, llamas substantially contribute to the economic and social life of smallholder Andean communities, providing food and fibre, fuel and transport, and fulfil other cultural, social and capital functions. Although this multi-purpose contribution has been widely recognised, llamas have not yet been subject to systematic breeding activities in the Andean region. For the establishment of sound and sustainable breeding programmes, it is crucial to identify the contribution of the numerous non-market traits and functions of llamas to the breeding objective. The present study was conducted within a long-term collaboration project in the Ayopaya region and aimed at evaluating the important functions, roles and traditional selection criteria of llamas, intending to contribute to formerly missing information for the formalisation of an appropriate breeding objective.
Data was collected in seven highland communities of the north-western Ayopaya province in the Cochabamba department, Bolivia. Semi-structured interviews were conducted in 47 households in three communities. Questionnaires contained information on llama herd structure and management, animal selection and selection criteria. In addition, information from llama registers and previous research results were included for comparison and crosschecking. Verbatim noted selection criteria were evaluated by a relative weighting on an ordinal scale. A ranking approach with ten functions of llama keeping presented by illustrations was performed with 75 farmers in six communities. A rank-based t-test was applied for multiple pair-wise comparisons within ranking groups according to gender and community provenance. Between-group comparison was performed by non-parametric Wilcoxon rank-sum test. A choice experiment (CE) was designed on basis of the results of the evaluation of stated selection criteria for llama breeding males. In total, five attributes and a payment vehicle were included in the CE. A total of 32 different llama profiles were selected from the full factorial design. The profiles were further blocked into pairs of two, resulting in eight choice sets with two alternatives and an opt-out alternative, which were presented to 159 farmers in seven communities. Data analysis was performed using LIMDEP 8.0 NLOGIT 3.0 applying a mixed logit model (MXL).
According to farmers? rankings, the major functions of llama keeping in the Ayopaya region are herd size as a capital asset and transportation, the latter highlighting the role and value of livestock in a mixed system and their integration into cropping activities, but also the persisting value of animal transport in marginal regions despite infrastructure development and decline of barter trade. The high importance of the transport capability of llamas is reflected in the body conformation as a frequently stated selection criterion. Other precisely defined and highly valued criteria were well-developed testicles, fibre quantity and quality and fleece colour. The high-rated testicle conformation in combination with little or no selection on the female side is promoting the maintenance of a sufficient herd size, which is indirectly assuring a convenient capital investment. Maximum likelihood estimates of the MXL showed the expected signs for all attributes. Highest simulated WTP values were observed for very fine fibre animals. Further, a llama with a single-coloured fleece is valued more than a spotted one and bigger animals are preferred over smaller ones. The body and testicle conformation traits receive a negative value, typically denominated willingness to accept (WTA) compensation. Highest aversion of farmers is expressed towards animals with unequal testicles, followed by small testicles and crooked legs. However, the 25th and 75th percentiles of the WTP estimates point to considerable preference variation within the respondent population that could not be sufficiently captured by the included demographic characteristics in the MXL model.
The presented mixed-methodological approach was able to partly describe the complexity and multi-functionality of llamas in marginal highland farming systems in Bolivia. The different approaches allowed yielding more insights in the relative importance of the functions the animals fulfil for their herders and the predominant selection criteria considered for breeding animals. The special importance of marketable and non-marketable benefits of llamas in Bolivia due to smallholder?s multiple objectives has been quantified in monetary terms.
With regard to the formalisation of a breeding objective for llamas in the Bolivian highlands, the findings suggest the incorporation of the traditionally important selection criteria of farmers in parallel to the commercially interesting fibre trait. As long as no proper price information from functioning national fibre markets is available, an economic weighting of the fibre quality trait on basis of WTP estimates appears a reasonable alternative. There is need for additional work and research on the genetic correlations, apart from the existent phenotypic calculations, between fibre quality and quantity to identify possible auxiliary traits to facilitate recording and implementation. The derivation of economic weights for traits from choice experiments to be incorporated in animal breeding selection indices remains a challenge. In parallel, the market development for llama products should be sequentially monitored, while shortcomings and constraints on the producer level, the institutional level and the policy level have to be considered.
Boliviens Lamabestand umfasst 60% der weltweiten Gesamtpopulation. Mehr als 50,000 kleinbäuerliche Familien in marginalen Hochlandgebieten Boliviens halten Lamas zur Sicherung ihrer Existenzgrundlage. Bis heute liefern die Tiere Fleisch, Wolle, Brennstoff, dienen als Lastenträger, besitzen eine Funktion als Kapitalreserve und erfüllen weitere kulturelle sowie soziale Funktionen. Obgleich dieser vielseitige Beitrag allgemein anerkannt wird, sind Lamas in den Andenregionen bisher nicht Gegenstand systematischer Züchtungsaktivitäten gewesen. Für die Entwicklung nachhaltiger Zuchtprogramme ist die Ermittlung des Beitrags der zahlreichen nicht-geldwerten Merkmale und Leistungen von Lamas zum Gesamtzuchtziel ausschlaggebend. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen eines langfristig angelegten Kooperationsprojektes durchgeführt und hatte zum Ziel, die für die Tierhalter wichtigen Funktionen und Aufgaben von Lamas, sowie die traditionell angewendeten Selektionskriterien zu bewerten, um bereits vorliegende Informationen zur Formalisierung eines geeigneten Zuchtziels zu ergänzen und damit zum Gesamtprojekt beizutragen.
Die Datenerhebung erfolgte in sieben Hochlandgemeinden in der nord-westlichen Provinz Ayopaya im Cochabamba-Department, Bolivien. In drei Gemeinden wurden 47 Bauern mittels semi-strukturierter Interviews zu Herdenstruktur und Herdenmanagement der Lamas, zur Tierauswahl sowie angewandten Selektionskriterien befragt. Zusätzlich wurden Informationen aus Tierregistern und vorhergehenden Forschungsergebnissen zum Vergleich und zur Überprüfung der eigenen Ergebnisse herangezogen. Wörtlich notierte Selektionskriterien wurden anhand einer Ordinalskala relativ bewertet. Ein Ranking mit zehn bildlich auf Karten dargestellten Funktionen zur Lamahaltung wurde mit 75 Bauern aus sechs Gemeinden durchgeführt. Die Analyse erfolgte mittels eines rangsummenbasierten t-tests für multiple Paarvergleiche innerhalb der Ranking-Gruppen ?Geschlecht? und ?Gemeindeherkunft?. Der Vergleich zwischen den Gruppen wurde mit dem nicht-parametrischen Wilcoxon Rangsummentest durchgeführt. Ein Choice Experiment (CE) wurde auf Basis der Ergebnisse der relativen Gewichtung genannter Selektionskriterien für Zuchthengste konstruiert. Insgesamt wurden fünf Lamaattribute und ein Zahlungsmittel für das CE berücksichtigt und 32 Lamaprofile aus dem vollständigen Faktorplan ausgewählt. Diese Profile wurden paarweise geblockt, so dass acht verschiedene Choice Sets mit zwei Alternativen und einer Ausweichalternative (?opt-out?) insgesamt 159 Bauern aus sieben Gemeinden vorgelegt wurden. Die Datenanalyse erfolgte mit LIMDEP 8.0 NLOGIT 3.0 unter Anwendung des Mixed Logit Modells (MXL).
Die Rankingergebnisse zeigen, dass die Herdengröße als Kapitalreserve und die Transportfähigkeit der Tiere die bedeutendsten Funktionen der Lamahaltung in Ayopaya darstellen. Letztere Funktion unterstreicht die Wertstellung und Integration der Tiere in gemischten Ackerbau- und Viehzuchtsystemen, sowie ihren fortdauernden Wert als Transportmöglichkeit trotz Infrastrukturausbaus und Abnahme des Tauschhandels in entlegenen Gebieten. Die große Bedeutung der Transportfunktion ist in den häufig als Selektionskriterien genannten Merkmalen des Körperbaus wiederzufinden. Andere hoch bewertete Kriterien waren gut ausgebildete Testikel, die Faserquantität und ?qualität, sowie die Vliesfarbe. Die hohe Bewertung gut ausgebildeter Testikel soll im Zusammenhang mit minimaler Selektion innerhalb der weiblichen Tiere die Aufrechterhaltung der Herdengröße gewährleisten, was wiederum zu einer zweckdienlichen Kapitalanlage beiträgt. Maximum Likelihood Schätzwerte des MXL zeigten die erwarteten Vorzeichen für alle Attribute. Die höchsten Zahlungsbereitschaften (WTP) der Bauern wurden für Tiere mit sehr feiner Faser ermittelt. Weiterhin werden Lamas mit einer einheitlichen Vliesfarbe gegenüber gescheckten Tieren bevorzugt und größere Tiere gegenüber Kleineren präferiert. Die größte Abneigung der Bauern zeigt sich gegenüber Lamas mit ungleichgroßen Testikeln, gefolgt von kleinen Testikeln und krummen Vorderläufen. Die 25. und 75. Perzentile der WTP-Schätzwerte deuten jedoch auf eine beträchtliche Präferenzvariation innerhalb der Befragten hin, welche nicht ausreichend durch die in das MXL eingefügten demographischen Merkmale erklärt werden konnte.
Die angewandten Methoden konnten die Komplexität und Multifunktionalität von Lamas im marginalen Hochland Boliviens teilweise erfassen. Die verschiedenen Ansätze ermöglichten eine Bewertung der relativen Wichtigkeit der Funktionen von Lamas die Lamas für ihre Besitzer erfüllen. Zudem konnten die vorherrschenden Selektionskriterien, die bei der Auswahl von Zuchttieren durch die Bauern zur Anwendung kommen, erfasst und monetär quantifiziert werden.
In Bezug auf die Formalisierung eines Zuchtzieles für Lamas im bolivianischen Hochland dokumentieren die vorliegenden Forschungsergebnisse die Bedeutung der Aufnahme von traditionell wichtigen Selektionskriterien der Bauern parallel zum kommerziell interessanten Fasermerkmal. Weitere Untersuchungen über genetische Korrelationen zwischen Faserqualität und -quantität sind notwendig, um mögliche Hilfsmerkmale zur Erleichterung der Datenerhebung und Implementierung zu identifizieren. Darüber hinaus bleibt die Aufnahme ökonomischer Teilgewichte für Merkmale aus Ergebnissen von Choice Experimenten in Selektionsindices eine Herausforderung. Gleichzeitig sollte die Marktentwicklung für Lamaprodukte fortlaufend überprüft werden, während Einschränkungen auf der Erzeugerebene sowie der institutionellen und politischen Ebene berücksichtigt werden müssen.
1294744563
eng
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http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/525/pdf/Markemann_PhD_Final_Thesis_2010.pdf
Markemann, André
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Tierproduktion in den Tropen und Subtropen
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Tätigkeitsbericht 2007 / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Universität Hohenheim
Bericht
Stuttgart / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Pflanzenschutz, Düngung
Agriculture
.
1295530339
ger
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
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Tätigkeitsbericht 2008 / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Universität Hohenheim
Bericht
Stuttgart / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Pflanzenschutz, Düngung
Agriculture
.
1295530533
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/542/
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
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Tätigkeitsbericht 2009 / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Universität Hohenheim
Bericht
Stuttgart / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Pflanzenschut
Düngung
Agriculture
.
1295530707
ger
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2000
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
1295874284
ger
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2001
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
1295875715
ger
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2002
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
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ger
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2003
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2004
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2005
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2006
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
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ger
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2007
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
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Rosenkranz, Peter
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Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2008
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
1295876774
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/554/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/554/pdf/2008_jahresbericht_lab.pdf
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
oai:opus.uni-hohenheim.de:555
2011-02-18T13:22:17Z
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Bericht der Landesanstalt für Bienenkunde der Universität Hohenheim für das Jahr 2009
Landesanstalt für Bienenkunde
Universität Hohenheim
Bericht
Imkerei
Agriculture
.
Rosenkranz, Peter
1295876935
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/555/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/555/pdf/2009_jahresbericht_lab.pdf
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Bienenkunde
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2012-04-02T14:36:21Z
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2000
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
.
1295883905
ger
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http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/557/pdf/Jahresbericht2000_02.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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2011-02-18T13:23:14Z
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2001
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
.
1296131452
ger
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Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2002
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
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1296131680
ger
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Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2003
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
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1296131827
ger
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Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2004
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
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1296131957
ger
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Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2005
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
.
1296132066
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/568/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/568/pdf/Jahresbericht2005_02.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2006
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
.
1296132358
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/569/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/569/pdf/Jahresbericht2006_04.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
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2011-02-18T13:24:53Z
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2007
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
.
1296132466
ger
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http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/570/pdf/Jahresbericht2007.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
oai:opus.uni-hohenheim.de:571
2011-02-18T13:25:05Z
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2008
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
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1296132570
ger
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http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/571/pdf/Jahresbericht2008.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
oai:opus.uni-hohenheim.de:572
2011-02-18T13:25:17Z
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Bericht des Ausschusses der Versuchsstation über die Tätigkeit im Jahr 2009
Versuchsstation für Gartenbau
Universität Hohenheim
Bericht
Gartenbau
Agriculture
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1296132691
ger
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http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/572/pdf/Jahresbericht2009.pdf
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Versuchsstation für Gartenbau
oai:opus.uni-hohenheim.de:534
2011-02-08T11:13:39Z
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Optimizing the prediction of genotypic values accounting for spatial trend andpopulation structure
Universität Hohenheim
Biometrie
Pflanzenzüchtung
Geostatistik
Populationsgenetik
Agriculture
biometry
plant breeding, geostatistics, populations genetics
Different effects, like the design of the field trial, agricultural practice, competition between neighboured plots, climate as well as the spatial trend, have an influence on the non-genotypic variation of the genotype. This effects influence the prediction of the genotypic value by the non-genotypic variation. The error, which results from the influence of the non-genotypic variation, can be separated from the phenotypic value by field design and statistical models. The integration of different information, like spatial trend or marker, can lead to an improved prediction of genotypic values.
The present work consists of four studies from the area of plant breeding and crop science, in which the prediction of the genotypic values was optimized with inclusion of the above mentioned aspects. Goals of the work were: (1) to compare the different spatial models and to find one model, which is applicable as routine in plant breeding analysis, (2) to optimize the analysis of unreplicated trials of plant breeding experiments by improving the allocation of replicated check genotypes, (3) to improve the analysis of intercropping experiments by using spatial models and to detect the neighbour effect between the different cultivars, and (4) to optimize the calculation of the genome-wide error rate in association mapping experiments by using an approach which regards the population structure.
Different spatial models and a baseline model, which reflects the randomization of the field trial, were compared in three of the four studies. In one study the models were compared on basis of different efficiency criteria with the goal to find a model, which is applicable as routine in plant breeding experiments. In the second study the different spatial models and the baseline model were compared on unreplicated trials, which are used in the early generation of the plant breeding process. Adjacent to the comparison of the models in this study different designs were compared with the goal to see if a non-systematic allocation of check genotypes is more preferable than a systematic allocation of check genotypes. In the third study these different models were tested for intercropping experiments. In this study it should be tested, if an improvement is expectable for these non randomized or restricted randomized trials by using a spatial analysis.
The results of the three studies are that no spatial model could be found, which is preferable over all other spatial models. In a lot of cases the baseline model, which regards only the randomization, but no spatial trend, was better than the spatial models, also for the restricted or non-randomized intercropping trials. In all three studies the basic principle was followed to start first with the baseline model, which is based on the randomization theory, and then to extend it by spatial trend, if the model fit can be improved.
In the second study the systematic and non-systematic allocation of check plots in unreplicated trials were compared to solve the question if a non-systematic allocation leads to more efficient estimates of genotypes as the systematic allocation. The non-systematic allocation of check plots led to an unbiased estimation in three of four uniformity trials.
As well as in the third study an analysis was done, if the border plots of the different cultivars are influenced by the neighboured cultivar and if there are significant differences to the inner plot. The position of the cultivars, border plot or inner plot, had a significant influence of the yield. If maize was cultivated adjacent to pea, the yield of the border plot of maize was much higher than the inner plot of maize. When wheat was cultivated behind maize, there were no significant differences in the yield, if the plot was a border plot or inner plot.
In addition to optimizing the field design for unreplicated trials and the extension of the models by spatial trend the marker information was integrated in a fourth study. An approach was proposed in this study, which calculates the genome wide error for association mapping experiments and accounts for the population structure. Advantages of this approach in contrast to previously published approaches are that the approach on the one hand is not too conservative and on the other hand accounts the population structure. The adherence of the genome wide error rate was tested on three datasets, which were provided by different plant breeding companies.
The results of these studies, which were obtained in this thesis, show that by the different extensions, like integration of spatial trend and marker information, and modifications of the field design, an improved prediction of the genotypic values can be achieved.
Unterschiedliche Einflüsse, wie Versuchsdesign, landwirtschaftliche Versuchstechnik, Konkurrenz zwischen benachbarten Parzellen, Klima sowie räumlicher Trend wirken sich auf die nicht-genotypische Variation eines Genotyps aus. Diese Einflüsse beeinflussen die Schätzung des genotypischen Wertes durch den nicht-genotypischen Anteil an Variation. Über Versuchsdesign und statistische Modelle kann ein sich durch den Einfluss der nicht-genotypischen Variation ergebender Fehler vom phänotypischen Wert getrennt werden.. Die vorliegende Arbeit besteht aus drei pflanzenzüchterischen und einer pflanzenbaulichen Studie, in denen die Schätzung der genotypischen Werte unter Einbeziehung verschiedener Aspekte optimiert wurden. Zielstellung der Arbeit war: (1) die unterschiedlichsten geostatistischen Verfahren zu vergleichen und ein Verfahren heraus zu filtern, das routinemäßig in der pflanzenzüchterischen Auswertung zu verwenden ist, (2) die Analyse von unwiederholten pflanzenzüchterischen Versuchen durch eine verbesserte Allokation wiederholter Standardgenotypen zu optimieren, (3) die Analyse von pflanzenbaulichen Intercropping Versuchen durch eine geostatistische Auswertung zu verbessern und den Nachbarschaftseffekt zwischen den unterschiedlichen Kulturarten zu erfassen, (4) die Berechung des genomweiten Fehlers in Assoziationsstudien durch ein Verfahren unter Berücksichtigung der Population zu optimieren.
Die unterschiedlichsten räumlichen Modelle und ein Grundmodell, welches nur die Randomisation des Feldversuches widerspiegelte, wurden in drei Studien miteinander verglichen. In der ersten Studie wurden die Modelle anhand unterschiedlicher Effizienzkriterien verglichen mit dem Ziel ein Modell zu finden, das in der Pflanzenzüchtung als Routineanalyse einsetzbar ist. In der zweiten Studie wurden dieselben Modelle an unwiederholten Versuchen, die in den ersten Generationen des Pflanzenzüchtungsprozess angewendet werden, gegenübergestellt. In dieser Studie wurde auf Basis von Blindversuchsdaten neben den räumlichen Modellen auch abgewogen, ob eine nicht-systematische Anordnung von Standardgenotypen einer systematischen Anordnung von Standardgenotypen vorzuziehen ist. In einer dritten Studie wurde dieselben Modelle an pflanzenbaulichen Intercropping - Experimenten untersucht. In dieser Studie sollte daher überprüft werden, ob zum einem eine Verbesserung durch eine geostatistische Auswertung auf restriktiven bzw. nicht randomisierten Versuche zu erwarten ist.
Die Ergebnisse der drei Studien zeigten, dass kein räumliches Modell gefunden werden konnte, das den anderen räumlichen Modellen vorzuziehen ist. Es war ersichtlich, dass in vielen Fällen das Grundmodell mit Randomisation des Feldversuches und ohne Berücksichtigung räumlichen Trends Vorteile gegenüber den räumlichen Modellen offenbarte, auch für die restriktiv bzw. nicht randomisierten Versuche. In allen drei Studien wurde der Grundsatz verfolgt, zuerst mit dem auf der Randomisationstheorie basierenden Grundmodell zu beginnen und in der Folge, sofern eine offensichtliche Verbesserung zu erwarten war, durch den räumlichen Trend zu erweitern.
In der zweiten Studie wurde die systematische und nicht-systematische Verteilung der Standards in unwiederholten Versuchen gegenübergestellt mit der Frage, ob eine nicht-systematische Anordnung von Standards zu einer verbesserten Schätzung der Genotypen führt. Eine nicht-systematische Anordnung der Standards führte in drei von vier Blindversuchen zu einer verbesserten Schätzung.
Zum anderen fand in der dritten Studie eine Untersuchung der Randparzelle verschiedener Kulturarten auf Beeinflussung durch benachbarte Kulturarten statt, die auf Unterschiede im untersuchten Merkmal zur Mittelparzelle hin untersucht wurde. Sowohl die Randposition als auch die mittlere Parzelle, hatte eine Auswirkung auf den Ertrag der Kulturart. Sofern Mais neben Erbse angebaut wurde, war der Ertrag der Randparzelle bei Mais höher. Für die Kombination Weizen neben Mais konnte kein signifikanter Unterschied im Ertrag festgestellt werden.
Neben der Optimierung des Versuchsdesigns für unwiederholte Versuche und der Erweiterung der Modelle um den räumlichen Trend wurde in einer vierten Studie die Markerinformation eingebunden. Ein Ansatz wurde in dieser Studie vorgestellt, der den genomweiten Fehler unter Berücksichtigung der Populationsstruktur einhält. Die Vorteile dieses Ansatzes gegenüber den bisher publizierten Verfahren sind der nur moderat konservative Charakter und die Berücksichtigung der Populationsstruktur. Die Einhaltung der genomweiten Fehlerrate wurde anhand von drei Datensätzen verschiedener Pflanzenzüchtungsunternehmen überprüft.
Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass über unterschiedliche Erweiterungen und Verbesserungen, wie zum Beispiel die Integration von räumlicher Information, und Markerinformation sowie eine Optimierung des Feldversuchdesigns, eine verbesserte Schätzung des genotypischen Wertes erzielt werden kann.
1297155738
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/534/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/534/pdf/Endversion_bib_mueller.pdf
Müller, Bettina Ulrike
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Pflanzenbau und Grünland (bis 2010)
oai:opus.uni-hohenheim.de:529
2011-02-08T10:46:11Z
ddc:630
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Vulnerability and risk management of rural farm households in Northern Vietnam
Universität Hohenheim
Risikomanagement
Verwundbarkeit
Nordvietnam
Südostasien
Entwicklungsländer
Agriculture
Mikroversicherungen
Ethnische Minderheiten
Subsistenzlandwirtschaft
Risk Management
Vulnerability
Microinsurance
Northern Vietnam
Southeast Asia
Despite the achievements of the ?doi moi? reform process, which was launched in 1986, Vietnam is still one of the poorest countries in the world, with 28.9 per cent of the total population (85 million in 2007) living below the national poverty line (UNDP 2007). Especially the mountainous, rural areas of Northern Vietnam are underdeveloped. Poor and near-poor farm households endure manifold risks and income shocks, which threaten their existence. Normally, insurance systems would step in to assist. In developing countries however, where access to formal insurance services is hardly available, rural farm households have developed alternative risk management strategies.
The Sustainable Livelihood Framework (SLF) of the Department for International Development (DFID 1999), was applied as an analytical tool to identify and assess risks and risk management strategies of vulnerable rural livelihoods in the Uplands of Northern Vietnam. The role of informal social networks was analyzed with the help of Social Network Analysis (SNA). An Adaptative Conjoint Analysis (ACA) was implemented to examine the potential demand for a formal or semi-formal microinsurance scheme in the area of livestock insurance. Furthermore, additional insights were gained from interdisciplinary research on issues of human, health and livelihood security, as well as from case studies on natural resource use in Southeast Asia.
The central hypotheses of this research on livelihood strategies in general and adaptive strategies such as insurance in particular are that they (1) have the potential to reduce livelihood vulnerability and that (2) the differentiated knowledge of livelihood strategies is crucial for a better understanding of the reasoning behind the exploitation of livelihood assets, such as natural resources or physical assets in the form of livestock, despite the negative medium and long-term effects.
Research results lead to the following conclusions: First of all, only a very elaborate use of existing capital assets can improve the livelihood situation of vulnerable households in Northern Vietnam. Living in remote mountainous regions with scarce natural resources and limited access to other assets, the preconditions are rather difficult for ethnic minority people, even more for women.
Secondly, in order to improve the situation, all stakeholders have to be aware of the existing risk management strategies (e.g. raising livestock and selling it in case of a livelihood emergency is one of the most popular risk coping strategies in the mountainous regions of Northern Vietnam) and learn from both, advantages and disadvantages of currently applied strategies to translate them into effective policies.
Concerning the access to financial services, people still face several constraints, as credits are often not available for certain activities or at a certain point in time. In addition, savings and insurance services, when available are not adapted to the needs. Furthermore, emerging expenditures for livelihood risks usually go beyond the scope of the dis-saving (in cash and in kind) ability of rural households.
Taking into consideration the above stated situation of changing agricultural activities, including higher input use, and the resulting decline in the number of large ruminants, one should be very careful not to destroy the so far still functioning traditional social networks. Even though these networks are not able to fully buffer all shocks and crises, they are at least one asset (social capital asset) that is initially accessible by everybody and quite often a means to compensate to some degree the lack of other capital assets as depicted in the SLF.
Research results point to a number of policy issues that need to be addressed if household?s vulnerability to poverty is to be significantly reduced among ethnic minority households in Northern Vietnam. First of all, poverty reduction strategies and programs need to consider a broader target group, not only the currently poor but also the vulnerable households. The promotion of innovative financial products, such as a combination of credit and insurance, especially for loans that are taken up to purchase livestock, is considered a successful approach to support vulnerable households. Finally, it is assumed that an efficient and accessible health care system would be an important alternative for securing livelihoods. In addition, im¬pro¬ved extension services and knowledge transfer for all people, especially women, could sup¬port a sustainable future development of ethnic minority households and therefore, in the long-run, lead to poverty alleviation.
Trotz bereits erzielter Fortschritte aufgrund des ?doi moi? Erneuerungsprozesses, der 1986 begonnen wurde, ist Vietnam immer noch eines der ärmsten Länder der Erde. 28,9 Prozent der Gesamtbevölkerung (85 Millionen Menschen im Jahr 2007) leben unter der nationalen Armutsgrenze. Vor allem die ländlichen Bergregionen im Norden Vietnams sind unterentwickelt. Arme und bedürftige landwirtschaftliche Haushalte sind einer Vielzahl von existenzbedrohenden Risiken und Einkommensschocks ausgesetzt. Üblicherweise würden hier Versicherungen unterstützend eingreifen. Nachdem der Zugang zu formalen Versicherungen in Entwicklungsländern meist nicht vorhanden ist, haben die landwirtschaftlichen Haushalte alternative Risikostrategien entwickelt.
Mit Hilfe von DFID?s Sustainable Livelihood Framework (DFID 1999), wurden die Risiken und das Risikomanagement von verletzlichen Haushalten in den Bergregionen Nordvietnams untersucht. Die Bedeutung von informellen Sozialen Netzwerken wurde mit Hilfe einer Social Network Analysis (SNA) analysiert. Eine so genannte Adaptive Conjoint Analysis (ACA) wurde eingesetzt, um die Nachfrage nach semi-formellen Mikroversicherungen für die Tierhaltung zu ermitteln. Durch interdisziplinäre Forschung im Bereich der Sicherung der Menschenrechte, der Gesundheit und der Lebensgrundlagen, sowie durch die Untersuchung von Fallstudien zur Ressourcennutzung in Südostasien konnten zusätzliche Einblicke gewonnen werden.
Die zentralen Hypothesen dieses Teilprojekts, das sich mit der Erforschung von Strategien zur Sicherung der nachhaltigen Lebensgrundlage beschäftigt sind, dass (1) so genannte Anpassungsstrategien (etwa die Inanspruchnahme von Mikroversicherungen) das Potential bergen, die Gefährdung der Lebensgrundlage zu reduzieren und dass (2) das differenzierte Wissen über die verfügbaren Risikomanagementstrategien von hervorragender Bedeutung für ein besseres Verständnis der Entscheidungsprozesse ist, die hinter der Ausbeutung von Ressourcen wie z.B. den natürlichen Ressourcen, Humankapital oder der Zurückhaltung bei der Adaption von Innovationen stehen, trotz der daraus resultierenden negativen mittel- und langfristigen Effekte.
Die Forschungsergebnisse führen zu den folgenden Schlussfolgerungen: Nur eine sehr ausgeklügelte Nutzung der vorhandenen Ressourcen kann die Lebensbedingungen von verletzlichen Haushalten in Nordvietnam verbessern. Die Voraussetzungen der Bewohner der abgelegenen Bergregionen sind durch die begrenzten natürlichen Ressourcen, sowie den eingeschränkten Zugang zu anderen Gütern sehr schwierig.
Um die gegenwärtige Situation zu verbessern, müssen alle Beteiligten die bestehenden Risikostrategien kennen. Aus den erforschten Vor- und Nachteilen der durchgeführten Strategien können wirksame Politikempfehlungen entwickelt werden.
Bezüglich des Zugangs zu Finanzdienstleistungen gibt es für die Menschen in den Bergregionen auch weiterhin viele Einschränkungen. Nach wie vor sind Kredite für bestimmte Ausgaben (z.B. Krankenhauskosten) oder zu bestimmten Zeitpunkten nicht verfügbar. Oft sind Spar- und Versicherungsangebote, falls überhaupt verfügbar, nicht den Bedürfnissen angepasst. Des Weiteren überschreiten die anfallenden Ausgaben zur Risikobewältigung oft die vorhandenen Ersparnisse der ländlichen Haushalte.
Ausgehend von der in dieser Arbeit beschriebenen veränderten Situation in der Landwirtschaft, einschließlich dem höherem Einsatz von Inputs, und dem Rückgang der Nutzviehbestände, sollte darauf geachtet werden, die noch funktionierenden traditionellen sozialen Netzwerken nicht zu zerstören. Obwohl diese Netzwerke nicht in der Lage sind alle Schocks vollständig abzupuffern, zählen sie (in Form von Sozialkapital) dennoch zu den wenigen Gütern welche grundsätzlich jedem zugänglich sind. Somit besteht bis zu einem gewissen Grade die Möglichkeit einen Mangel an anderen Gütern zu kompensieren.
Die vorliegenden Forschungsergebnisse machen auf eine Reihe von Sachverhalten aufmerksam, die beachtet werden sollten, wenn man die Armut der Haushalte der ethnischen Minderheiten in Nordvietnam signifikant reduzieren möchte. Erstens müssen Strategien und Programme zur Armutsbekämpfung eine größere Zielgruppe erreichen und somit nicht nur die bereits Armen, sondern auch die in ihrer Lebensgrundlage gefährdeten Haushalte ansprechen. Die Förderung innovativer Finanzdienstleistungen, beispielsweise eine Kombination von Kredit und Versicherung, vor allem für Tierkredite, wird als ein erfolgreicher Ansatz gesehen um gefährdete Haushalte zu unterstützen. Letztendlich wird davon ausgegangen, dass ein effizientes und allen zugängliches Gesundheitssystem eine wichtige Voraussetzung darstellt um die Lebensgrundlage zu sichern. Zusätzlich könnte ein verbesserter Beratungsservice und Wissenstransfer für alle, insbesondere die Frauen, zu einer nachhaltigen zukünftigen Entwicklung der Haushalte der ethnischen Minderheiten beitragen und somit im Laufe der Zeit die Armut verringern.
1297158371
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/529/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/529/pdf/Diss_Fischer_Isabel.pdf
Fischer, Isabel
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Agrar- und Sozialökonomie in den Tropen und Subtropen
oai:opus.uni-hohenheim.de:535
2011-02-08T11:14:34Z
ddc:630
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Inheritance of quantitative resistance and aggressiveness in the wheat/Fusarium pathosystem with emphasis on Rht dwarfing genes
Universität Hohenheim
Fusarium graminearum
Fusarium culmorum
Weizen
Deoxynivalenol
Resistenzzüchtung
Aggressivität
Agriculture
Rht-D1b
Rht-B1b
Rht-Verzwergungsgene
Ährenfusarium
Fusarium head blight
Rht dwarfing genes
head scab, genetic variation, isolate aggressiveness
Fusarium head blight (FHB), or scab, is one of the most devastating fungal diseases affecting small-grain cereals and maize, causing severe yield losses and contamination of grain with mycotoxins such as deoxynivalenol (DON) worldwide. Fusarium graminearum (teleomorph Gibberella zeae) and Fusarium culmorum are the most prevalent Fusarium species in wheat production in Central and Northern Europe. Breeding for increased resistance to FHB in wheat is considered the most effective strategy for large scale disease management and mycotoxin reduction. Height reducing Rht genes are extensively used in wheat breeding programmes worldwide in order to improve lodging resistance and yield potential, with Rht-D1b being the most important Rht allele in Northern Europe. However, their individual effects on FHB resistance are yet unclear. Due to the incremental approach to increase host resistance the question arises whether the Fusarium pathogen has the capability to adapt by increased aggressiveness and/or increased mycotoxin production.
Therefore, the objectives of the present study were to investigate the effects on FHB resistance of Rht-D1b and additional Rht alleles, the segregation variance for FHB resistance and identification of FHB resistance QTL in subsequent mapping analyses in three crossing populations segregating for the semi-dwarfing Rht-D1b allele and two sets of isogenic wheat lines. Regarding the pathogen, the study aims to determine the segregation variance in two F. graminearum crosses of highly aggressive parental isolates and to examine the stability of host FHB resistance, pathogen aggressiveness and the complex host-pathogen-environment interactions in a factorial field trial. All experiments were conducted on the basis of multienvironmental field trials including artificial inoculation of spores.
The presence of Rht-D1b resulted in 7-18% reduction in plant height, but considerably increased FHB severity by 22-53% within progenies from three tested European elite winter wheat crosses. In the following QTL mapping analyses the QTL with the strongest additive effects was located at the Rht-D1 locus on chromosome arm 4DS and accordingly coincided with a major QTL for plant height in all three wheat populations. On total, a high number of 8 to 14 minor QTL for FHB reaction that were found in the three populations which emphasised the quantitative inheritance of FHB resistance in European winter wheat. The detected QTL mostly showed significant QTL-by-environment interactions and often coincided with QTL for plant height. By means of isogenic lines in the genetic background of the variety Mercia, Rht-D1b and Rht-B1d significantly increased mean FHB severity by 52 and 35%, respectively, compared to the wild-type (rht). Among the Maris Huntsman data set, the Rht alleles increased mean FHB severity by 22 up to 83%, but only the very short lines carrying Rht-B1c or Rht-B1b+Rht-D1b showed significance.
The analyses of 120 progenies of the crosses from each of the highly aggressive parental F. graminearum isolates revealed significant genetic variation for aggressiveness, DON and fungal mycelium production following sexual recombination. This variation resulted in stable transgressive segregants towards increased aggressiveness in one of the two progeny. The factorial field trial, including eleven F. graminearum and F. culmorum isolates varying in aggressiveness and seven European elite winter wheat varieties, varying in their FHB resistance level, displayed no significant wheat variety × isolate interaction. Nevertheless, isolates possessing increased aggressiveness significantly increased FHB severity and DON production at a progressive rate on varieties with reduced FHB resistance.
In conclusion, the analysed Rht alleles led to differently pronounced negative effects on FHB resistance that strongly depended on the genetic background. However, significant genetic variation for FHB resistance exists for selection and, thus, to largely counteract these effects by accumulating major and minor FHB resistance QTL. Significant genetic variation for aggressiveness among F. graminearum and the capability to increase its level of aggressiveness beyond yet known levels simply by sexual recombination may lead to long term erosion of FHB resistance. The rate at which increased aggressiveness develops will depend on the selection intensity and whether it is of constant, episodic or balanced nature. Consequently, the selection pressure imposed on the pathogen should be minimized by creating and maintaining a broad genetic base of FHB resistance that relies on more than one genetically unrelated resistance source by combining phenotypic and marker-assisted selection to achieve a sustainably improved FHB resistance in wheat breeding.
Ährenfusariosen zählen aufgrund hoher Ertrags- und Qualitätsverluste sowie der Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen, vor allem Deoxynivalenol (DON), zu den bedeutendsten Pilzkrankheiten in Getreide und Mais weltweit. Fusarium graminearum (teleomorph Gibberella zeae) und Fusarium culmorum sind die am häufigsten vorkommenden Fusarium-Arten in Zentral- und Mittel-Europa. Zur umfassenden Krankheitskontrolle und Reduktion der Mykotoxinbelastung stellt die Resistenzzüchtung in Weizen die effektivste Methode dar. Zur Erhöhung der Halmstabilität und des Ertragspotentials werden weltweit in Weizenzuchtprogrammen Verzwergungsgene, die sogenannten Rht-Gene verwendet, wobei Rht-D1b das bedeutendste Rht-Allel im nordeuropäischen Raum ist. Jedoch sind ihre individuellen Auswirkungen auf die Fusarium-Resistenz bisher unbekannt.
Aufgrund zunehmender Bestrebungen die Wirts-Resistenz gegenüber Ährenfusariosen zu erhöhen, gewinnt die Frage an Bedeutung, ob das Fusarium-Pathogen die Fähigkeit zu Anpassungsreaktionen in Form von erhöhter Aggressivität und/oder erhöhter Mykotoxinproduktion besitzt. Zielsetzung dieser Arbeit war es deshalb die Auswirkungen von Rht-D1b und weiterer Rht-Allele auf die Wirtsresistenz sowie die Aufspaltungsvarianz für Fusarium-Resistenz anhand von drei für Rht-D1b-spaltenden Populationen und zwei Gruppen isogener Linien zu untersuchen und in einer anschließenden Kartierungsstudie Resistenz-Loci zu identifizieren. Auf Seiten des Pathogens wurde die Aufspaltungsvarianz für Aggressivität in zwei Nachkommenschaften hochaggressiver Eltern-Isolate bestimmt, sowie die Stabilität der Wirts-Resistenz, Pathogen-Aggressivität und der komplexen Wirt-Pathogen-Umwelt-Interaktionen in einem faktoriellen Inokulations-Versuch untersucht. Die Feldversuche wurden über mehrere Umwelten (Jahr × Ort-Kombinationen) angelegt. Innerhalb der Kreuzungsnachkommenschaften reduzierte die Anwesenheit von Rht-D1b die Wuchshöhe um 7-18% bei gleichzeitig deutlicher Erhöhung des Fusarium-Befalls von 22-53%. In der nachfolgenden QTL-Kartierung wurde der stärkste QTL für Fusarium-Resistenz in allen drei Populationen am Rht-D1-Lokus auf Chromosomen-Arm 4DS lokalisiert, entsprechend gekoppelt mit einem Major-QTL für Wuchshöhe. Insgesamt bestätigt die größere Anzahl von 8 bis 14 detektierten Resistenz-Loci mit kleineren Effekten in den verschiedenen Populationen den quantitativen Charakter der Fusarium-Resistenz in Europäischem Winterweizen. Auf Basis von isogenen Linien im genetischen Hintergrund der Weizensorte Mercia führten Rht-D1b und Rht-B1b zu einer signifikanten Erhöhung des Fusarium-Befalls von 52 bzw. 35% im Vergleich zum Wildtyp (rht). Im genetischen Hintergrund der Sorte Maris Huntsman konnte durch die Rht-Allele eine Erhöhung des Fusarium-Befalls von 22-83% beobachtet werden, jedoch waren nur die kürzesten Linien mit Rht-B1c bzw. Rht-B1b+Rht-D1b signifikant.
Die jeweils 120 Nachkommen der Kreuzungen zweier hochaggressiver F. graminearum-Isolate wiesen signifikante genetische Varianz für die Merkmale Aggressivität, DON-Gehalt und Pilzmyzel-Produktion auf. Die Aufspaltungsvarianz nach sexueller Rekombination resultierte in umweltstabilen transgressiven Nachkommen mit erhöhter Isolat-Aggressivität in einer der beiden Populationen. Anhand der faktoriellen Inokulation von elf europäischen Elite Winterweizensorten mit variierenden Resistenzniveaus mit sieben unterschiedlich aggressiven F. graminearum und F. culmorum-Isolaten zeigten sich keine signifikanten Weizensorte × Isolat-Interaktionen. Dennoch erhöhten die hochaggressiven Isolate den Fusarium-Befall und den DON-Gehalt in den Sorten mit geringerer Fusarium-Resistenz überproportional.
Zusammenfassend zeigten die untersuchten Rht-Allele unterschiedlich stark ausgeprägte negative Auswirkungen auf die Fusarium-Resistenz in starker Abhängigkeit vom genetischen Hintergrund. Ausreichende genetische Varianz für die Fusarium-Resistenz erlaubt eine zielgerichtete Selektion um die negativen Effekte der Rht-Allele durch Akkumulation von Resistenz-Loci weitestgehend zu kompensieren. Demgegenüber zeigen die hohe genetische Varianz für das Merkmal Aggressivität und die Fähigkeit des Pathogens das Aggressivitätsniveau mittels sexueller Rekombination graduell weiter zu erhöhen, dass langfristig eine Erosion der Fusarium-Resistenz stattfinden könnte. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Pathogenaggressivität steigern könnte, wird dabei entscheidend von der Selektionsintensität und der Art der Selektion (konstant, episodisch, oder umweltabhängig) abhängen. Folglich sollte zukünftig der auf das Pathogen ausgeübte Selektionsdruck minimiert werden, indem eine breite genetische Basis für die Fusarium-Resistenz in Weizen geschaffen und erhalten bleibt, um eine dauerhaft verbesserte Fusarium-Resistenz zu erreichen.
1297160074
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/535/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/535/pdf/Dissertation_HHV_06.01.2011_Bibliotheksexemplar.pdf
Voß, Hans-Henning
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landessaatzuchtanstalt
oai:opus.uni-hohenheim.de:533
2011-02-17T14:38:11Z
ddc:630
pub-type:8
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Designing, modeling, and evaluation of improved cropping strategies and multi-level interactions in intercropping systems in the North China Plain
Universität Hohenheim
Gemenge <Pflanzenbau>
Modellierung
Maisanbau
Weizenanbau
Hülsenfrüchtler
Interspezifische Konkurrenz
Agriculture
Crop Modeling
DSSAT
intercropping
interspecific competition
solar radiation
Adjusting cropping systems in order to increase their efficiency is a global issue. High yield and sustainability are the catchphrases of production in the 21st century, and agricultural production has to solve the balancing act between ecology and economy. Therefore, the requests for farmers, consultants and researchers are rising, and production modes are changing. Nevertheless, solutions have to be detected spatially explicit and locally adapted and accepted in order to be implemented successfully. Taking the North China Plain as an example, the productivity of arable land needs to be further increased by applying strategies to reduce or avoid negative environmental effects. Further yield increases are not possible by increasing input factors like N-fertilizer or irrigation water as N-fertilizer rates are extremely high and irrigation water is limited. However, yield increases might be possible by developing improved cropping strategies operated by cropping designs. Taking modeling and simulation tools into account back up the acceleration of research attainments and the understanding of cropping systems. The present thesis embraces the designing and modeling of such a potential cropping system, to wit strip intercropping. Thus, the main goals of the study were to analyze, design, evaluate, and in the end model intercropping. Intercropping systems are complex systems which strongly need to be designed and evaluated carefully in order to fulfill the premises of ecological and economical efficiency as well as sustainability. Multi-level interactions have to be weighted and taken into regard for evaluating datasets applicative for modeling and simulating intercropping. The main results of the study indicated, that traditional cropping systems like intercropping are widespread in China, where approximately one third of arable land is under intercropping. Reviewing cereal intercropping systems in China, the four agro-ecological regions ?Northeast and North?, the ?Northwest?, the ?Yellow-Huai River Valley? and the ?Southwest? could be classified, distinguished and described. Intercropping offers a great variation of species combination, benefits as well as challenges for cropping systems design and farmers. Carefully balanced between facilitation and competition, intercropping bears the potential of increased yield and yield stability, income security, resource use efficiency and biodiversity. Intercropping gives evidence about traditional cropping systems with the potential for future production systems under the paradigm of sustainability. Further, results from conducted field experiments indicated that border effects are the key component of intercropping performance. Nevertheless, analyzing strip intercropping statistically has peculiarities as they lack in randomization because the cropping system imposes alternating strips. Thus, spatial variability and its effect on yield were regarded differently within a geo-statistical analysis. In addition to the geo-statistical analysis, the crop growth modeling approach paid tribute to monocropping effects as well as to field border effects occurring in strip intercropping systems. Further on a model-based approach was tested to quantify multi-level interactions with special regard to changing microclimatic conditions and to optimize intercropping systems from an agronomical point of view. In comparison to other interspecific competition modeling approaches, a shading algorithm was evaluated and implemented into the process-oriented crop growth model DSSAT in order to simulate competition for solar radiation. More common in modeling mixed intercropping, a modified Beer?s law subroutine has been used instead, e.g. in APSIM. APSIM and DSSAT were compared by modeling the conducted field trials. As a result, the Beer?s law approach was not capable to model strip intercropping. In contrast, the modeling with a changed DSSAT model showed that applying a simple shading algorithm that estimated the proportion of shading in comparison to the monocropping situation and in dependency from neighboring plant height seems to be a promising approach. The results indicated that competition for solar radiation in those systems is a driving force for crop productivity but neither the most dominant nor the one and only. Resource distribution and allocation in space and time seems to be more important than the total amount of resources. Those effects have to be taken into account when simulating interspecific competition.
Definiert als der Anbau von zwei oder mehr Feldfrüchten auf der gleichen Fläche und innerhalb der gleichen oder einer sich überlappenden Vegetationsperiode, bietet Intercropping eine große Bandbreite an Kombinationsmöglichkeiten von Feldfrüchten, verbunden mit vorteilhaften und nachhaltigen Effekten für die jeweiligen Kulturarten. Intercropping ist aber gleichzeitig eine Herausforderung für jeden Landwirt und stellt hohe Ansprüche an die Gestaltung des jeweiligen Produktions- oder Anbausystems. Intercropping ist in China weit verbreitet. Schätzungen zufolge wird Intercropping auf rund einem Drittel der gesamten Anbaufläche praktiziert. Intercropping gilt als ein Anbausystem, welches bei geringerem Betriebsmitteleinsatz höhere Erträge oder Gewinne erzielt, verglichen mit den ausgedehnten Monocropping Systemen moderner Agrar-Industriebetriebe. Damit belegt Intercropping, dass in traditionellen Anbausystemen ein Potential für zukünftige und nachhaltige Produktionssysteme schlummert. Um diesen Paradigmen und um politischen, sozialen und ökonomischen Prämissen gerecht zu werden, muss die Agrarforschung Lösungen und Strategien für angepasste Produktionssysteme bereitstellen ? und das in immer kürzeren Zeitspannen. Der Einsatz von computergestützten Pflanzenwachstumsmodellen, mit deren Hilfe komplexe Anbausysteme regional und überregional, sowie über längere Zeiträume hinweg simuliert und analysierte werden können, hat sich dabei als wertvoll erwiesen. Wie Intercropping Systeme gestaltet werden müssen und welche Probleme dabei auftauchen, welche Datengrundlage für eine Modellierung benötigt wird und welche systemimmanenten Interaktionen berücksichtig werden müssen, sind Gegenstand der vorliegenden Dissertation. Allerdings gestaltet sich die statistische Auswertung von speziell Strip Intercropping als schwierig, da Intercropping-Versuche aufgrund der zwangsläufig streifenförmigen Anordnung nicht randomisiert werden können. Intercropping bedarf also einer räumlichen Betrachtungsweise, um ertragsrelevante Effekte adäquat abzuschätzen und statistisch abzusichern. Deshalb wurden die Versuche geostatistisch ausgewertet und mehrere räumliche Modelle evaluiert und getestet, um die Modellgüte zu verbessern. Nicht nur die statistische Auswertung von Intercropping ist diffizil, auch die Datengrundlage von Intercropping in China ist lückenhaft. Im Vergleich zu anderen Ländern wie beispielsweise Indien oder Teilen Afrikas, wo Intercropping gängige Praxis ist, scheint die Dokumentation und Erforschung von Intercropping Systemen in China Nachholbedarf zu haben. In einer Literaturstudie wurde deshalb ein erster Versuch unternommen, China in agro-klimatische Regionen hinsichtlich ihres Potentials und ihrer Verbreitung von Getreide betonten Intercropping Systemen einzuteilen. In einer zweiten Literaturstudie wurde dargestellt, welche Modelle für Intercropping bereits evaluiert, kalibriert und validiert wurden. Exemplarisch für ein prozess-orientiertes Pflanzenwachstumsmodell, welches multiple Anbausysteme und deren Konkurrenz um Sonnenlicht mithilfe des Beer-Lambert?schen Gesetzes simuliert, wurde APSIM gewählt. Dieser in der Forschung recht gängige Ansatz wurde mit dem in der vorliegenden Dissertation evaluierten, getesteten und in DSSAT implementierten Beschattungs-Algorithmus verglichen. Mit dem DSSAT Modell war es bislang nicht möglich, Intercropping zu simulieren. Es zeigte sich, dass es mit einem modifizierten Beer-Lambert?schen Gesetz nicht möglich war, Strip Intercropping adäquat zu simulieren. Unter der Voraussetzung, dass es im Strip Intercropping einen Gewinner und einen Verlierer gibt, das heißt, dass eine Kulturart mehr Sonnenlicht erhält als im Monocropping und eine andere dafür weniger, ist der Beer-Lambert?sche Ansatz viel versprechend und verwendbar. Die Kompensationsfähigkeit einer Fruchtart kann jedoch nicht simuliert werden, ebenso keine Ertragssteigerung der im System dominanten Fruchtart. Im Gegensatz dazu zeigte sich, dass der Beschattungs-Algorithmus, der in DSSAT integriert wurde, beide Systeme ? Intercropping und Monocropping ? simulieren konnte. Allerdings wurde in diesem Ansatz zusätzlich berücksichtig und getestet, dass Konkurrenz um solare Einstrahlung nicht die einzig bestimmende ist. Der Beschattungs-Algorithmus konnte zwar einen Teil des Ertragszuwachses im Intercropping erklären beziehungsweise simulieren, allerdings erst unter Berücksichtigung mikroklimatischer Effekte. Der Allokation von Pflanzenwachstumsfaktoren in Raum und Zeit kommt in Intercropping Systemen eine größere Rolle zu als deren absolute Höhe oder Menge. Solche Effekte müssen berücksichtig werden, um die Modellierung von Strip Intercropping weiterhin zu verbessern und Strip Intercropping Systeme zu optimieren.
1297949891
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/533/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/533/pdf/DissINTERCROPPING_Heike_Knoerzer.pdf
Knörzer, Heike
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Kulturpflanzenwissenschaften
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2011-02-23T11:52:56Z
ddc:630
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Economic analysis on the agro-environmental impacts of management and policy measures in the North China Plain
Universität Hohenheim
Nachhaltigkeit
China
Agrarökonomie
Umweltanalyse
Agriculture
Nachhaltigkeit
China
Landwirtschaft
Umwelt
Sustainability
North China Plain
Policy Analysis
Farm Management
Environmental Analysis
The increased use of agricultural inputs like fertilizers and pesticides led to wide-spread negative environmental impacts of agriculture in the North China Plain (NCP). The context of this research is that, due to continued growth of the population and the economy, the demand for agricultural products in China is gradually rising. However resources like land and water are scarce in China. Therefore new strategies need to be developed which do not put additional strains on the environment but meet the expected demand. The NCP is regarded as China?s most important agricultural region. This work aims at describing and discussing the environmental effects of agriculture in the NCP. The extent of these environmental impacts is presented. An essential part of this work is the in-depth description and analysis of the current cropping systems and farming practices, which is based on the findings a household survey. The central hypothesis of this work is that a change of the management systems is able to meet the production goals, to achieve a higher input-output efficiency and to reduce negative environmental impacts. Embedded in the objectives of this work, the main goals are the description of current agricultural practices and related negative environmental impacts, the definition of agro-environmental management and policy measures, impact analysis of management and policy measures and the development of suggestions for further research.
The second chapter aims at introducing the background of this research, i.e. the environmental impacts of agriculture. Hereby the focus lies on the introduction of relevant and characteristic farming practices and on the related institutional setting. Then the processes of data acquisition and data handling for this work are described. The descriptive analysis presents the findings from a survey in July 2008; it aims at describing the characteristics of the surveyed farm households. Chapter 5 describes the methodologies which are applied for the analysis in this work. The first part describes the methodology of Linear Programming and its selection process. The second part explains the selection process for the integrated households. The last part describes the processes of environmental assessment by means of selected indicators. In chapter 6 the model is applied to simulate and analyze the selected households in changing scenarios. Each Scenario is described individually. Then the simulation results are presented and discussed. In chapter 7 possible strategies to reduce environmental impacts of farming in the NCP ? considering the objectives of this work: sustainability and food security ? are discussed. The discussion focuses on the two main problems in the research area: fertilization and water.
The analysis showed that current farming practices in the research area are not sustainable and can, thus, threaten future food security in China. The dilemma of the research area is that intensive agricultural production cannot be reduced because high yields are needed to feed the growing demand from a (economically) growing population. Simultaneously high resource consumption and pollution from farming cannot continue as that could eventually result in irreversible damage to agriculture in the NCP and also threatens livelihoods. Finally strategic policy recommendations, characteristics of improved management practices and recommendations for further research are presented. These recommendations can play an important role in decision guiding for policy makers. After reviewing other studies in the NCP, it has to be concluded that this work represents one of the most comprehensive analysis of the agricultural practices in the Hebei province.
It was demonstrated that management practices for maize and wheat exist which can result in higher input-output efficiency and which are economically more profitable ? especially production options which include intercropping of other crops or demand-driven fertilization and irrigation. The hypothesis was tested to be valid. The simulation of optimization options showed that economically more profitable production options exist. These optimized production options are characterized by a more efficient factor input (mainly water and fertilization) and resulting decreased environmental impacts. The policy of a premium for reduced water use resulted in the highest simulated increases of total contribution margins with simultaneously reduced negative environmental impacts. However the simulation also revealed that, in order to ensure food security, incentives for producing wheat should be provided as it is the economically least profitable main crop, but it has important functions for own consumption. The simulation also revealed that policies aimed at increasing output prices of the main crops (in combination with optimized production options) can result in total higher contribution margins and decreased negative environmental impacts and higher resource use efficiency. It should be noted that the optimum results did not integrate production options which the surveyed farmers are currently applying ? this indicates that current practices are not efficient.
Many studies state that knowledge transfer systems and extension services in the NCP are deficient. The survey showed that the majority of the households did not have contact with the extension services, and, moreover, most of the households never received agricultural training. A knowledge transfer program can be an efficient tool to reduce environmental impacts of farming in the NCP. In addition specific recommendations and systems under considerations of socio-economic approaches have to be developed to improve knowledge transfer and services to farmers in the NCP. Appropriate decision support systems for efficient land use in the research area have to be developed.
This study showed that laws and regulations regarding environmental impacts exist, but they are not reliably enforced. Many studies state that the current institutional framework for water management is inadequate and that it, thus, represents one of the causes for the overexploitation of water resources. Therefore the responsibilities should be clearly defined in order to be able to create incentives for saving water and to increase efficiencies. Furthermore, farmers? water rights are not secure and transparent. Therefore plans, based on scientific estimations for water supply and demand, are needed to clearly define and enforce water use rights. Besides clearly defined and enforced water use rights, also longer, enforced and secure land-use rights might facilitate the adoption of sustainable farming practices. Also the institutional set-up complicates the implementation of policies. Therefore institutional change with coordinated efforts is needed. Decentralized and regionalized administrations might increase the effectiveness of policies. In addition the institutional framework has to be updated to the specific requirements in the NCP. One of the main reasons for problems related to water management is that it represents a mostly unregulated resource in the NCP.
The survey showed that fertilizer use is strongly varying, overuse and undersupply occur in the research area. The strongly varying and inadequate fertilizer applications endanger the sustainability of the agricultural systems in the NCP. Furthermore the organic matter contents in the soils are too low. The survey also revealed that the farmers in the research area are not informed about the quality of their soils. Integrated into knowledge transfer programs, providing opportunities for soil analysis to the local farmers could result in fertilization practices which are based on the nutrient contents of the soil and, thus, are more efficient.
Structural development projects in the Chinese rural areas need to be continued, especially in the research are, to avoid a rural exodus. The living conditions in the rural areas ? in terms of income, education and health services ? are still not comparable with the conditions in urban areas. Chinese policy has to focus on stopping the further decline of the ground water tables. Furthermore a conscious water use and environmental awareness for all stakeholders has to be created in order to avoid that pollution or resource scarcity and misuse will further reduce agricultural production in the NCP. The social costs of further decreased agricultural production in the NCP would be unbearable.
Der erhöhte Einsatz von landwirtschaftlichen Betriebsstoffen (wie z.B. Düngemittel und Pestizide) hat zu weit verbreiteten negativen Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der Nordchinesischen Tiefebene (NCP) geführt. Der Kontext dieser Arbeit ist der fortschreitende Anstieg der Nachfrage nach Agrarprodukten aufgrund des kontinuierlichen Wachstums der Chinesischen Wirtschaft und Bevölkerung. Ressourcen wie Land und Wasser sind jedoch knapp in China. Daher müssen neue Strategien entwickelt werden, welche keine weiteren Belastungen für die Umwelt darstellen, aber den erwarteten Bedarf decken. Die NCP wird als wichtigste Agrarregion Chinas angesehen. Diese Arbeit analysiert und beschreibt die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP. Der Umfang dieser Umweltauswirkungen wird vorgestellt. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit ist die gründliche Beschreibung und Analyse der derzeitigen Anbausysteme und Bewirtschaftungsmethoden, welche sich auf die Ergebnisse einer Haushaltsbefragung stützen. Die zentrale Hypothese dieser Arbeit ist, dass eine Veränderung der Managementsysteme die Produktionsziele erfüllen kann, die input-output Effizienz erhöhen und die negativen Umweltauswirkungen verringern kann. In diesem Kontext lauten die Ziele der Arbeit: die Darstellung der derzeitigen Bewirtschaftungsmethoden und der zugehörigen Umweltauswirkungen, die Definition von Agrar- und Umweltbewirtschaftungs- und Politikmaßnahmen, die Analyse der Auswirkungen von Bewirtschaftungs- und Politikmaßnahmen und die Entwicklung von Vorschlägen für weitere Forschung.
Das zweite Kapitel stellt die Hintergründe dieser Arbeit vor, d.h. im speziellen die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft. Hierbei liegt der Fokus auf der Beschreibung der relevanten und charakteristischen Bewirtschaftungsmethoden, sowie dem institutionellen Rahmen. Dann werden die Prozesse der Datenbeschaffung und der Datenhandhabung dargestellt. Die beschreibende Analyse stellt die Ergebnisse der Haushaltsuntersuchung vom Juli 2008 vor; die Kenndaten der untersuchten Haushalte werden in diesem Kapitel beschrieben. Kapitel 5 erklärt die Analysemethoden dieser Arbeit. Zuerst werden die Auswahlprozesse und die Methoden der linearen Programmierung erklärt. Der zweite Teil stellt den Auswahlprozess für die Haushalte dar. Der letzte Teil erklärt die Umweltbewertung anhand von ausgewählten Umweltindikatoren. Im 6. Kapitel wird das Model angewandt, um die ausgewählten Haushalte in verschiedenen Szenarien zu simulieren und zu analysieren. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulation beschrieben und analysiert. In Kapitel 7 werden ? unter Berücksichtigung der Zielsetzung dieser Arbeit ? die möglichen Strategien, um die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP zu reduzieren, diskutiert. Diese Diskussion konzentriert sich auf die beiden Hauptprobleme der Forschungsregion: Düngung und Bewässerung. Im letzten Teil dieser Arbeit werden strategische Politikempfehlungen, die Charakteristika von verbesserten Bewirtschaftungsmaßnahmen und Vorschläge für weitere Forschung vorgestellt. Diese Empfehlungen können bei der Entscheidungsfindung von politischen Entscheidungsträgern eine wichtige Rolle spielen.
Die Analyse hat gezeigt, dass die derzeitigen Anbausysteme in der Forschungsregion nicht nachhaltig sind und daher die zukünftige Ernährungssicherung in China bedrohen können. Das Dilemma der Forschungsregion ist, dass die intensive landwirtschaftliche Produktion nicht verringert werden kann, da hohe Erträge benötigt werden, um die (ökonomisch) wachsende Chinesische Bevölkerung zu ernähren. Gleichzeitig können der hohe Ressourcenverbrauch und die Umweltverschmutzung der Landwirtschaft nicht fortgeführt werden, da dies letztendlich zu irreversiblen Schäden in der Landwirtschaft in der NCP führen könnte, die dann die Existenzgrundlagen bedrohen. Nach der Revision von anderen Studien in der NCP wurde festgestellt, dass diese Arbeit eine der umfangreichsten Analysen der landwirtschaftlichen Praxis in der Hebei Provinz darstellt.
Es konnte gezeigt werden, dass Bewirtschaftungsmaßnahmen für Mais und Weizen existieren, welche zu einer verbesserten input-output Effizienz führen und ökonomisch profitabler sind ? speziell Maßnahmen mit Zwischenfruchtanbau oder bedarfsorientierter Düngung und Bewässerung. Die Gültigkeit der Hypothese konnte also bewiesen werden. Die Simulation von Optimierungsoptionen hat gezeigt, dass Anbaumaßnahmen existieren, welche ökonomisch profitabler sind. Diese optimierten Anbaumethoden sind durch einen effizienteren Faktoreneinsatz (hauptsächlich Wasser und Düngung) und resultierende geringere Umweltauswirkungen charakterisiert. Die Politikmaßnahme der Prämienzahlung für reduzierten Wasserverbrauch hat zu den höchsten simulierten Gesamtdeckungsbeiträgen und gleichzeitigen reduzierten Umwelteinflüssen geführt. Die Simulation hat auch gezeigt, dass Anreize für die Produktion von Weizen geschaffen werden sollten, da Weizen ökonomisch die am wenigsten profitable Hauptfrucht ist aber eine wichtige Rolle für den Eigenverbrauch in der NCP spielt. Die Simulation hat auch gezeigt, dass Politikmaßnahmen welche auf höhere Marktpreise für die Hauptfrüchte zielen (in Verbindung mit optimierten Anbaumaßnahmen) zu erhöhten Gesamtdeckungsbeiträgen, verminderten Umweltauswirkungen sowie verbesserter Ressourcennutzungseffizienz führen können. Es sollte noch angemerkt werden, dass in den optimierten Ergebnissen keine Anbausysteme die momentan von den Haushalten angewendet werden integriert sind. Dies deutet darauf hin, dass die momentanen Anbaustrategien nicht effizient sind.
Viele Studien sind der Auffassung, dass Wissenstransfersysteme und staatlich Beratungssysteme in der NCP unzulänglich sind. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Mehrheit der Haushalte keinen Kontakt zu Beratungsinstitutionen hatte und darüber hinaus die meisten Haushalte auch keinerlei landwirtschaftliche Ausbildung erhalten haben. Ein Wissenstransferprogramm kann daher ein effizientes Instrument darstellen, um die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft in der NCP zu reduzieren. Darüber hinaus müssen spezifische Empfehlungen und Systeme ? unter Berücksichtigung von Sozio-ökonomischen Ansätzen ? entwickelt werden, um den Wissenstransfer und die Dienste für die Landwirte in der NCP zu verbessern. Adäquate Entscheidungshilfesysteme für effiziente Landnutzung in der Forschungsregion müssen entwickelt werden.
Diese Untersuchung hat gezeigt, dass zwar Gesetze und Regulierungen für die Umwelteinflüsse existieren, diese aber nicht verlässlich durchgesetzt werden. Viele Studien sehen den derzeitigen institutionellen Rahmen für das Wassermanagement als nicht adäquat an und sehen in ihm einen der Gründe für die Übernutzung der Wasserressourcen. Daher sollten die Verantwortlichkeiten klar aufgeteilt werden, um Anreize zum Wassersparen bieten zu können und um die Effizienz zu erhöhen. Darüber hinaus sind auch die Rechte der Landwirte hinsichtlich Wasser nicht sicher und transparent. Basierend auf wissenschaftlichen Einschätzungen für den Wasserverbrauch und das Wasservorkommen werden Pläne benötigt, um Wasserrechte eindeutig zu definieren und durchzusetzen. Neben definierten und durchgesetzten Wasserrechten könnten auch längerfristige, durchgesetzte und sichere Landrechte die Adoption von nachhaltigen Bewirtschaftungsmethoden erleichtern. Auch der institutionelle Aufbau verkompliziert die Durchführung von Politikmaßnahmen. Daher ist institutioneller Wandel mit koordinierten Anstrengungen notwendig. Dezentralisierte und regionalisierte Verwaltungen können die Effektivität von Politikmaßnahmen erhöhen. Zusätzlich muss der institutionelle Aufbau den spezifischen Gegebenheiten der NCP angepasst werden. Eines der Hauptprobleme bezüglich des Wassermanagements ist, dass Wasser eine größtenteils unkontrollierte Ressource in der NCP darstellt.
Die Untersuchung hat gezeigt, dass die Düngeranwendung stark variiert; Über- und Unterdosierung treten in der Forschungsregion auf. Stark variierende und inadäquate Düngeranwendung gefährden die Nachhaltigkeit der landwirtschaftleichen Systeme in der NCP. Des Weiteren ist der Gehalt an organischer Substanz im Boden zu gering. Die Umfrage hat gezeigt, dass die Landwirte in der Forschungsregion nicht über die Qualität ihrer Böden informiert sind. Integriert in Wissenstransferprogramme, dass zur Verfügung stellen von Möglichkeiten für die Analyse von Böden könnte zu Düngeranwendungen führen, welche auf dem Nährstoffgehalt der Böden basieren und daher effizienter sind.
Strukturelle Entwicklungsprojekte in den ländlichen Regionen Chinas müssen fortgeführt werden, um weitere starke Landflucht zu vermeiden ? speziell in der Forschungsregion. Die Lebensbedingungen in den ländlichen Gegenden, hinsichtlich Einkommen, Bildungs- und Gesundheitsdiensten, sind immer noch nicht vergleichbar mit den urbanen Gebieten. Die Chinesische Politik muss sich auf die Beendigung des weiteren Absinkens des Grundwasserniveaus konzentrieren. Des Weiteren müssen eine sparsamere Wassernutzung und ein Umweltbewusstsein für alle Beteiligten geschaffen werden, um zu verhindern, dass Verschmutzung, Ressourcenmangel und ?fehlgebrauch die landwirtschaftliche Produktion in der NCP weiter reduzieren. Die sozialen Kosten der weiteren Verringerung der landwirtschaftlichen Produktion in der NCP wären nicht tragbar.
1298458376
eng
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/575/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/575/pdf/Diss_Yannick_Kuehl.pdf
Kühl, Yannick
Universität Hohenheim, Fakultät Agrarwissenschaften. Institut für Landwirtschaftliche Betriebslehre
oai:opus.uni-hohenheim.de:584
2012-03-12T13:41:35Z
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Tätigkeitsbericht 2010 / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Universität Hohenheim
Bericht
Stuttgart / Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
Pflanzenschutz
Düngung
Agriculture
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1299672314
ger
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/584/
http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2011/584/pdf/Taetigkeitsbericht_2010_LA_Chemie_Druckvers_240211.pdf
Universität Hohenheim, Landesanstalten. Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie
1711703371485