@phdthesis{Michalczyk2019,
  author    = {Michalczyk, Anna},
  title     = {Modelling of nitrogen cycles in intensive winter wheat-summer maize double cropping systems in the North China Plain},
  doi       = {10.25932/publishup-44421},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-444213},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {X, 154},
  year      = {2019},
  abstract  = {The North China Plain (NCP) is one of the most productive and intensive agricultural regions in China. High doses of mineral nitrogen (N) fertiliser, often combined with flood irrigation, are applied, resulting in N surplus, groundwater depletion and environmental pollution. The objectives of this thesis were to use the HERMES model to simulate the N cycle in winter wheat (Triticum aestivum L.)-summer maize (Zea mays L.) double crop rotations and show the performance of the HERMES model, of the new ammonia volatilisation sub-module and of the new nitrification inhibition tool in the NCP. Further objectives were to assess the models potential to save N and water on plot and county scale, as well as on short and long-term. Additionally, improved management strategies with the help of a model-based nitrogen fertiliser recommendation (NFR) and adapted irrigation, should be found. Results showed that the HERMES model performed well under growing conditions of the NCP and was able to describe the relevant processes related to soil-plant interactions concerning N and water during a 2.5 year field experiment. No differences in grain yield between the real-time model-based NFR and the other treatments of the experiments on plot scale in Quzhou County could be found. Simulations with increasing amounts of irrigation resulted in significantly higher N leaching, higher N requirements of the NFR and reduced yields. Thus, conventional flood irrigation as currently practised by the farmers bears great uncertainties and exact irrigation amounts should be known for future simulation studies. In the best-practice scenario simulation on plot-scale, N input and N leaching, but also irrigation water could be reduced strongly within 2 years. Thus, the model-based NFR in combination with adapted irrigation had the highest potential to reduce nitrate leaching, compared to farmers practice and mineral N (Nmin)-reduced treatments. Also the calibrated and validated ammonia volatilisation sub-module of the HERMES model worked well under the climatic and soil conditions of northern China. Simple ammonia volatilisation approaches gave also satisfying results compared to process-oriented approaches. During the simulation with Ammonium sulphate Nitrate with nitrification inhibitor (ASNDMPP) ammonia volatilisation was higher than in the simulation without nitrification inhibitor, while the result for nitrate leaching was the opposite. Although nitrification worked well in the model, nitrification-born nitrous oxide emissions should be considered in future. Results of the simulated annual long-term (31 years) N losses in whole Quzhou County in Hebei Province were 296.8 kg N ha-1 under common farmers practice treatment and 101.7 kg N ha-1 under optimised treatment including NFR and automated irrigation (OPTai). Spatial differences in simulated N losses throughout Quzhou County, could only be found due to different N inputs. Simulations of an optimised treatment, could save on average more than 260 kg N ha-1a-1 from fertiliser input and 190 kg N ha-1a-1 from N losses and around 115.7 mm a-1 of water, compared to farmers practice. These long-term simulation results showed lower N and water saving potential, compared to short-term simulations and underline the necessity of long-term simulations to overcome the effect of high initial N stocks in soil. Additionally, the OPTai worked best on clay loam soil except for a high simulated denitrification loss, while the simulations using farmers practice irrigation could not match the actual water needs resulting in yield decline, especially for winter wheat. Thus, a precise adaption of management to actual weather conditions and plant growth needs is necessary for future simulations. However, the optimised treatments did not seem to be able to maintain the soil organic matter pools, even with full crop residue input. Extra organic inputs seem to be required to maintain soil quality in the optimised treatments. HERMES is a relatively simple model, with regard to data input requirements, to simulate the N cycle. It can offer interpretation of management options on plot, on county and regional scale for extension and research staff. Also in combination with other N and water saving methods the model promises to be a useful tool.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schimpf2020,
  author    = {Schimpf, Stefan},
  title     = {Herkunft und Ablagerungsmilieu quart{\"a}rer Sedimente im Einzugsgebiet des Heihe, NW China},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xi, 186},
  year      = {2020},
  abstract  = {Der zentralasiatische Naturraum, wie er sich uns heute pr{\"a}sentiert, ist das Ergebnis eines Zusammenwirkens vieler verschiedener Faktoren {\"u}ber Jahrmillionen hinweg. Im aktuellen Kontext des Klimawandels zeigt sich jedoch, wie stark sich Stofffl{\"u}sse auch kurzfristig {\"a}ndern und dabei das Gesicht der Landschaft verwandeln k{\"o}nnen. Die Gobi-W{\"u}ste in der Inneren Mongolei (China), als Teil der gleichnamigen Trockenregionen Nordwestchinas, ist aufgrund der Ausgestaltung ihrer landschaftspr{\"a}genden Elemente sowie ihrer Landschaftsdynamik, im Zusammenhang mit der Lage zum Tibet-Plateau, in den Fokus der klimageschichtlichen Grundlagenforschung ger{\"u}ckt. Als großes Langzeitarchiv unterschiedlichster fluvialer, lakustriner und {\"a}olischer Sedimente stellt sie eine bedeutende Lokalit{\"a}t zur Rekonstruktion von lokalen und regionalen Stofffl{\"u}ssen dar.. Andererseits ist die Gobi-W{\"u}ste zugleich auch eine bedeutende Quelle f{\"u}r den {\"u}berregionalen Staubtransport, da sie aufgrund der klimatischen Bedingungen insbesondere der Erosion durch Ausblasung preisgegeben wird. Vor diesem Hintergrund erfolgten zwischen 2011 und 2014, im Rahmen des BMBF-Verbundprogramms WTZ Zentralasien - Monsundynamik \& Geo{\"o}kosysteme (F{\"o}rderkennzeichen 03G0814), mehrere deutsch-chinesische Expeditionen in das Ejina-Becken (Innere Mongolei) und das Qilian Shan-Vorland. Im Zuge dieser Expeditionen wurden f{\"u}r eine Bestimmung potenzieller Sedimentquellen erstmals zahlreiche Oberfl{\"a}chenproben aus dem gesamten Einzugsgebiet des Heihe (schwarzer Fluss) gesammelt. Zudem wurden mit zwei Bohrungen im inneren des Ejina-Beckens, erg{\"a}nzende Sedimentbohrkerne zum bestehenden Bohrkern D100 (siehe W{\"u}nnemann (2005)) abgeteuft, um weit reichende, erg{\"a}nzende Informationen zur Landschaftsgeschichte und zum {\"u}berregionalen Sedimenttransfer zu erhalten. Gegenstand und Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist die sedimentologisch-mineralogische Charakterisierung des Untersuchungsgebietes in Bezug auf potenzielle Sedimentquellen und Stofffl{\"u}sse des Ejina-Beckens sowie die Rekonstruktion der Ablagerungsgeschichte eines dort erbohrten, 19m langen Sedimentbohrkerns (GN100). Schwerpunkt ist hierbei die Kl{\"a}rung der Sedimentherkunft innerhalb des Bohrkerns sowie die Ausweisung von Herkunftssignalen und m{\"o}glichen Sedimentquellen bzw. Sedimenttransportpfaden. Die methodische Herangehensweise basiert auf einem Multi-Proxy-Ansatz zur Charakterisierung der klastischen Sedimentfazies anhand von Gel{\"a}ndebeobachtungen, lithologisch-granulometrischen und mineralogisch-geochemischen Analysen sowie statistischen Verfahren. F{\"u}r die mineralogischen Untersuchungen der Sedimente wurde eine neue, rasterelektronenmikroskopische Methode zur automatisierten Partikelanalyse genutzt und den traditionellen Methoden gegen{\"u}bergestellt. Die synoptische Betrachtung der granulometrischen, geochemischen und mineralogischen Befunde der Oberfl{\"a}chensedimente ergibt f{\"u}r das Untersuchungsgebiet ein logisches Kaskadenmodell mit immer wiederkehrenden Prozessbereichen und {\"a}hnlichen Prozesssignalen. Die umfangreichen granulometrischen Analysen deuten dabei auf abnehmende Korngr{\"o}ßen mit zunehmender Entfernung vom Qilian Shan hin und erm{\"o}glichen die Identifizierung von vier texturellen Signalen: den fluvialen Sanden, den D{\"u}nensanden, den Stillwassersedimenten und St{\"a}uben. Diese Ergebnisse k{\"o}nnen als Interpretationsgrundlage f{\"u}r die Korngr{\"o}ßenanalysen des Bohrkerns genutzt werden. Somit ist es m{\"o}glich, die Ablagerungsgeschichte der Bohrkernsedimente zu rekonstruieren und in Verbindung mit eigenen und literaturbasierten Datierungen in einen Gesamtkontext einzuh{\"a}ngen. F{\"u}r das Untersuchungsgebiet werden somit vier Ablagerungsphasen ausgewiesen, die bis in die Zeit des letzten glazialen Maximums (LGM) zur{\"u}ckreichen. W{\"a}hrend dieser Ablagerungsphasen kam es im Zuge unterschiedlicher Aktivit{\"a}ts- und Stabilit{\"a}tsphasen zu einer kontinuierlichen Progradation und {\"U}berpr{\"a}gung des Schwemmf{\"a}chers. Eine besonders aktive Phase kann zwischen 8 ka und 4 ka BP festgestellt werden, w{\"a}hrend der es aufgrund zunehmender fluvialer Aktivit{\"a}ten zu einer deutlich verst{\"a}rkten Schwemmf{\"a}cherdynamik gekommen zu sein scheint. In den Abschnitten davor und danach waren es vor allem {\"a}olische Prozesse, die zu einer {\"U}berpr{\"a}gung des Schwemmf{\"a}chers gef{\"u}hrt haben. Hinsichtlich der mineralogischen Herkunftssignale gibt es eine große Variabilit{\"a}t. Dies spiegelt die enorme Heterogenit{\"a}t der Geologie des Untersuchungsgebietes wider, wodurch die r{\"a}umlichen Signale nicht sehr stark ausgepr{\"a}gt sind. Dennoch, k{\"o}nnen f{\"u}r das Einzugsgebiet drei gr{\"o}ßere Bereiche deklariert werden, die als Herkunftsgebiet in Frage kommen. Das {\"o}stliche Qilian Shan Vorland zeichnet sich dabei durch deutlich h{\"o}here Chloritgehalte als prim{\"a}re Quelle f{\"u}r die Sedimente im Ejina-Becken aus. Sie unterscheiden sich insbesondere durch stark divergierende Chloritgehalte in der Tonmineral- und Gesamtmineralfraktion, was das {\"o}stliche Qilian Shan Vorland als prim{\"a}re Quelle f{\"u}r die Sedimente im Ejina-Becken auszeichnet. Dies steht in Zusammenhang mit den Gr{\"u}nschiefern, Ophioliten und Serpentiniten in diesem Bereich. Geochemisch deutet vor allem das Cr/Rb-Verh{\"a}ltnis eine große Variabilit{\"a}t innerhalb des Einzugsgebietes an. Auch hier ist es das {\"o}stliche Vorland, welches aufgrund seines hohen Anteils an mafischen Gesteinen reich an Chromiten und Spinellen ist und sich somit vom restlichen Untersuchungsgebiet abhebt. Die zeitliche aber auch die generelle Variabilit{\"a}t der Sedimentherkunft l{\"a}sst sich in den Bohrkernsedimenten nicht so deutlich nachzeichnen. Die mineralogisch-sedimentologischen Eigenschaften der erbohrten klastischen Sedimente zeugen zwar von zwischenzeitlichen {\"A}nderungen bei der Sedimentherkunft, diese sind jedoch nicht so deutlich ausgepr{\"a}gt, wie es die Quellsignale in den Oberfl{\"a}chensedimenten vermuten lassen. Ein Grund daf{\"u}r scheint die starke Vermischung unterschiedlichster Sedimente w{\"a}hrend des Transportes zu sein. Die Kombination der Korngr{\"o}ßenergebnisse mit den Befunden der Gesamt- und Schwermineralogie deuten darauf hin, dass es zwischenzeitlich eine Phase mit {\"u}berwiegend {\"a}olischen Prozessen gegeben hat, die mit einem Sedimenteintrag aus dem westlichen Bei Shan in Verbindung stehen. Neben der Zunahme ultrastabiler Schwerminerale wie Zirkon und Granat und der Abnahme opaker Schwerminerale, weisen vor allem die heutigen Verh{\"a}ltnisse darauf hin. Der Vergleich der traditionellen Schwermineralanalyse mit der Computer-Controlled-Scanning-Electron-Microscopy (kurz: CCSEM), die eine automatisierte Partikelauswertung der Proben erm{\"o}glicht, zeigt den deutlichen Vorteil der modernen Analysemethode. Neben einem zeitlichen Vorteil, den man durch die automatisierte Abarbeitung der vorbereiteten Proben erlangen kann, steht vor allem die deutlich gr{\"o}ßere statistische Signifikanz des Ergebnisses im Vordergrund. Zudem k{\"o}nnen mit dieser Methode auch chemische Variet{\"a}ten einiger Schwerminerale bestimmt werden, die eine noch feinere Klassifizierung und sicherere Aussagen zu einer m{\"o}glichen Sedimentherkunft erm{\"o}glichen. Damit ergeben sich außerdem verbesserte Aussagen zu Zusammensetzungen und Entstehungsprozessen der abgelagerten Sedimente. Die Studie verdeutlicht, dass die Sedimentherkunft innerhalb des Untersuchungsgebietes sowie die ablaufenden Prozesse zum Teil stark von lokalen Gegebenheiten abh{\"a}ngen. Die Heterogenit{\"a}t der Geologie und die Gr{\"o}ße des Einzugsgebietes sowie die daraus resultierende Komplexit{\"a}t der Sedimentgenese, machen exakte Zuordnungen zu klar definierten Sedimentquellen sehr schwer. Dennoch zeigen die Ergebnisse, dass die Sedimentzufuhr in das Ejina-Becken in erster Linie durch fluviale klastische Sedimente des Heihe aus dem Qilian Shan erfolgt sein muss. Die Untersuchungsergebnisse zeigen jedoch ebenso die Notwendigkeit einer erg{\"a}nzenden Bearbeitung angrenzender Untersuchungsgebiete, wie beispielsweise den Gobi-Altai im Norden oder den Beishan im Westen, sowie die Verdichtung der Oberfl{\"a}chenbeprobung zur feineren Aufl{\"o}sung von lokalen Sedimentquellen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kunkel2023,
  author    = {Kunkel, Stefanie},
  title     = {Green industry through industry 4.0? Expected and observed effects of digitalisation in industry for environmental sustainability},
  doi       = {10.25932/publishup-61395},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-613954},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 168},
  year      = {2023},
  abstract  = {Digitalisation in industry - also called "Industry 4.0" - is seen by numerous actors as an opportunity to reduce the environmental impact of the industrial sector. The scientific assessments of the effects of digitalisation in industry on environmental sustainability, however, are ambivalent. This cumulative dissertation uses three empirical studies to examine the expected and observed effects of digitalisation in industry on environmental sustainability. The aim of this dissertation is to identify opportunities and risks of digitalisation at different system levels and to derive options for action in politics and industry for a more sustainable design of digitalisation in industry. I use an interdisciplinary, socio-technical approach and look at selected countries of the Global South (Study 1) and the example of China (all studies). In the first study (section 2, joint work with Marcel Matthess), I use qualitative content analysis to examine digital and industrial policies from seven different countries in Africa and Asia for expectations regarding the impact of digitalisation on sustainability and compare these with the potentials of digitalisation for sustainability in the respective country contexts. The analysis reveals that the documents express a wide range of vague expectations that relate more to positive indirect impacts of information and communication technology (ICT) use, such as improved energy efficiency and resource management, and less to negative direct impacts of ICT, such as electricity consumption through ICT. In the second study (section 3, joint work with Marcel Matthess, Grischa Beier and Bing Xue), I conduct and analyse interviews with 18 industry representatives of the electronics industry from Europe, Japan and China on digitalisation measures in supply chains using qualitative content analysis. I find that while there are positive expectations regarding the effects of digital technologies on supply chain sustainability, their actual use and observable effects are still limited. Interview partners can only provide few examples from their own companies which show that sustainability goals have already been pursued through digitalisation of the supply chain or where sustainability effects, such as resource savings, have been demonstrably achieved. In the third study (section 4, joint work with Peter Neuh{\"a}usler, Melissa Dachrodt and Marcel Matthess), I conduct an econometric panel data analysis. I examine the relationship between the degree of Industry 4.0, energy consumption and energy intensity in ten manufacturing sectors in China between 2006 and 2019. The results suggest that overall, there is no significant relationship between the degree of Industry 4.0 and energy consumption or energy intensity in manufacturing sectors in China. However, differences can be found in subgroups of sectors. I find a negative correlation of Industry 4.0 and energy intensity in highly digitalised sectors, indicating an efficiency-enhancing effect of Industry 4.0 in these sectors. On the other hand, there is a positive correlation of Industry 4.0 and energy consumption for sectors with low energy consumption, which could be explained by the fact that digitalisation, such as the automation of previously mainly labour-intensive sectors, requires energy and also induces growth effects. In the discussion section (section 6) of this dissertation, I use the classification scheme of the three levels macro, meso and micro, as well as of direct and indirect environmental effects to classify the empirical observations into opportunities and risks, for example, with regard to the probability of rebound effects of digitalisation at the three levels. I link the investigated actor perspectives (policy makers, industry representatives), statistical data and additional literature across the system levels and consider political economy aspects to suggest fields of action for more sustainable (digitalised) industries. The dissertation thus makes two overarching contributions to the academic and societal discourse. First, my three empirical studies expand the limited state of research at the interface between digitalisation in industry and sustainability, especially by considering selected countries in the Global South and the example of China. Secondly, exploring the topic through data and methods from different disciplinary contexts and taking a socio-technical point of view, enables an analysis of (path) dependencies, uncertainties, and interactions in the socio-technical system across different system levels, which have often not been sufficiently considered in previous studies. The dissertation thus aims to create a scientifically and practically relevant knowledge basis for a value-guided, sustainability-oriented design of digitalisation in industry.},
  language  = {en}
}