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In den letzten 20 Jahren hat sich der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis HÜBNER), aus der Schmetterlingsfamilie der Pyralidae oder Zünsler, zum bedeutendsten tierischen Schädling des Maises (Zea mays) entwickelt. Eine Möglichkeit den Befall des Maiszünslers abzuwenden, bietet der Anbau von Bacillus thuringiensis-Mais (Bt-Mais). Mit Hilfe der Gentechnik wurden Gene des Bakteriums Bacillus thuringiensis übertragen, die einen für Fraßinsekten giftigen Wirkstoff bilden, wodurch die Pflanzen während der kompletten Vegetation vor den Larven des Maiszünslers geschützt sind. Ziel des vorliegenden Projektes war es, in einer 3-jährigen Studie die Auswirkungen des großflächigen Anbaus von Bt-Mais auf die ökologische Situation und den Handlungsrahmen des integrierten Pflanzenschutzes komplex zu untersuchen. Dazu wurden in Betrieben im Oderbruch, das als permanentes Befallsgebiet des Maiszünslers gilt, in den Jahren 2002 bis 2004 jährlich zwei Felder mit jeweils einer Bt-Sorte und einer konventionellen Sorte angelegt. Zusätzlich wurden biologische und chemische Maiszünsler-Bekämpfungsvarianten geprüft. Durch verschiedene Methoden wie Bonituren, Ganzpflanzenernten, Bodenfallenfänge und Beobachtungen des Wahlverhaltens von (Flug-)insekten konnten Aussagen zum Vorkommen von Insekten und Spinnentieren getroffen werden, wobei hierfür Daten aus Untersuchungen der Jahre 2000 und 2001 im Oderbruch ergänzend herangezogen werden konnten. Durch Ertragsmessungen, Energie- und Qualitätsermittlungen, sowie Fusarium- und Mykotoxinanalysen konnte der Anbau von Bt-Mais als neue Alternative zur Bekämpfung des Maiszünslers bewertet werden. Bezüglich des Auftretens von Insekten und Spinnentieren wurden im Mittel der fünfjährigen Datenerhebung beim Vergleich der Bt-Sorte zur konventionellen Sorte, mit Ausnahme der fast 100 %igen Bekämpfung des Maiszünslers, keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Hierfür wurde ein besonderes Augenmerk auf Thripse, Wanzen, Blattläuse und deren Fraßfeinde, sowie mittels Bodenfallenfängen auf Laufkäfer und Spinnen gerichtet. Die erwarteten ökonomischen Vorteile wie etwa Ertragsplus oder bessere Nährstoff- und Energiegehalte durch geringeren Schaden beim Anbau von Bt-Mais als Silomais blieben in den Untersuchungsjahren aus. Allerdings zeigten Fusarium- und Mykotoxinanalysen eine geringere Belastung des Bt-Maises, was möglicherweise auf den geringeren Schaden zurückzuführen ist, da beschädigte Pflanzen für Fusarium und Mykotoxine anfälliger sind. Desweiteren konnten erste methodische Ansätze für ein auf EU-Ebene gefordertes, den Anbau von Bt-Mais begleitendes Monitoring, erarbeitet werden. So konnten Vorschläge für geeignete Methoden, deren Umfang sowie des Zeitpunktes der Durchführungen gemacht werden.
We and AI
(2021)
Background. Despite considerable progress made in the past decade through salt iodization programs, over 2 billion people worldwide still have inadequate iodine intake, with devastating consequences for brain development and intellectual capacity. To optimize these programs with regard to salt iodine content, careful monitoring of salt iodine content is essential, but few methods are available to quantitatively measure iodine concentration in a simple, fast, and safe way.
Objective. We have validated a newly developed device that quantitatively measures the content of potassium iodate in salt in a simple, safe, and rapid way.
Methods. The linearity, determination and detection limit, and inter- and intra-assay variability of this colorimetric method were assessed and the method was compared with iodometric titration, using salt samples from several countries.
Results. Linearity of analysis ranged from 5 to 75 mg/kg iodine, with I mg/kg being the determination limit; the intra- and interassay imprecision was 0.9%, 0.5%, and 0.7% and 1.5%, 1.7%, and 2.5% for salt samples with iodine contents of 17, 30, and 55 mg/kg, respectively; the interoperator imprecision for the same samples was 1.2%, 4.9%, and 4.7%, respectively. Comparison with the iodometric method showed high agreement between the methods (R-2 = 0.978; limits of agreement, -10.5 to 10.0 mg/kg).
Conclusions. The device offers a field- and user-friendly solution to quantifying potassium iodate salt content reliably. For countries that use potassium iodide in salt iodization programs, further validation is required.
The benefits of counting butterflies: recommendations for a successful citizen science project
(2022)
Citizen science (CS) projects, being popular across many fields of science, have recently also become a popular tool to collect biodiversity data. Although the benefits of such projects for science and policy making are well understood, relatively little is known about the benefits participants get from these projects as well as their personal backgrounds and motivations. Furthermore, very little is known about their expectations. We here examine these aspects, with the citizen science project "German Butterfly Monitoring" as an example. A questionnaire was sent to all participants of the project and the responses to the questionnaire indicated the following: center dot Most transect walkers do not have a professional background in this field, though they do have a high educational level, and are close to retirement, with a high number of females; center dot An important motivation to join the project is to preserve the natural environment and to contribute to scientific knowledge; center dot Participants benefit by enhancing their knowledge about butterflies and especially their ability to identify different species (taxonomic knowledge); center dot Participants do not have specific expectations regarding the project beyond proper management and coordination, but have an intrinsic sense of working for a greater good. The willingness to join a project is higher if the project contributes to the solution of a problem discussed in the media (here, insect decline). Based on our findings from the analysis of the questionnaire we can derive a set of recommendations for establishing a successful CS project. These include the importance of good communication, e.g., by explaining what the (scientific) purpose of the project is and what problems are to be solved with the help of the data collected in the project. The motivation to join a CS project is mostly intrinsic and CS is a good tool to engage people during difficult times such as the COVID-19 pandemic, giving participants the feeling of doing something useful.
Species community structures of Afrotropical butterflies differ depending on the monitoring method
(2022)
Standardised biodiversity assessment is crucial to understand community structures and population dynamics of animals.
There exist various methods to monitor biodiversity. Approaches differ depending on the target species group and the aim of study, and show advantages and disadvantages.
The obtained data and results are influenced by local environmental conditions and seasonal variability.
In a comparative approach, we studied butterfly diversity and community structure in the dryland savannah biome of south-eastern Kenya with two different methods, transect counts and bait trapping.
We repeatedly collected data throughout the dry and rainy seasons, in both near natural and anthropogenically influenced landscapes. Significantly more species and individuals were recorded by transect counts than by bait trapping, though the larger and more mobile Nymphalid species (and in particular representatives of the genus Charaxes) were comparatively overrepresented in traps.
The transect data revealed much more pronounced effects of land-use and seasonality than the trap data. These results show that the choice of data collection methods must depend on the general research question, habitat conditions and season. To study the relative variation of species diversity and abundance, the collection of a fraction of the total species diversity might be sufficient.
However, if the focus is on a largely complete recording of species diversity, the use of various collection methods is essential. More specifically, our data clearly demonstrate that transect counts represent a reasonable method for assessing butterfly diversity for the African dryland savannah region, but fails to fully capture occurrences of all species. Bait trapping can be used only as a supplementary method for assessing some few highly mobile low-density species.
The intensity of cosmic radiation may differ over five orders of magnitude within a few hours or days during the Solar Particle Events (SPEs), thus increasing for several orders of magnitude the probability of Single Event Upsets (SEUs) in space-borne electronic systems. Therefore, it is vital to enable the early detection of the SEU rate changes in order to ensure timely activation of dynamic radiation hardening measures. In this paper, an embedded approach for the prediction of SPEs and SRAM SEU rate is presented. The proposed solution combines the real-time SRAM-based SEU monitor, the offline-trained machine learning model and online learning algorithm for the prediction. With respect to the state-of-the-art, our solution brings the following benefits: (1) Use of existing on-chip data storage SRAM as a particle detector, thus minimizing the hardware and power overhead, (2) Prediction of SRAM SEU rate one hour in advance, with the fine-grained hourly tracking of SEU variations during SPEs as well as under normal conditions, (3) Online optimization of the prediction model for enhancing the prediction accuracy during run-time, (4) Negligible cost of hardware accelerator design for the implementation of selected machine learning model and online learning algorithm. The proposed design is intended for a highly dependable and self-adaptive multiprocessing system employed in space applications, allowing to trigger the radiation mitigation mechanisms before the onset of high radiation levels.
The aim of this study is to monitor short-term seasonal development of young Olympic weightlifters’ anthropometry, body composition, physical fitness, and sport-specific performance. Fifteen male weightlifters aged 13.2 ± 1.3 years participated in this study. Tests for the assessment of anthropometry (e.g., body-height, body-mass), body-composition (e.g., lean-body-mass, relative fat-mass), muscle strength (grip-strength), jump performance (drop-jump (DJ) height, countermovement-jump (CMJ) height, DJ contact time, DJ reactive-strength-index (RSI)), dynamic balance (Y-balance-test), and sport-specific performance (i.e., snatch and clean-and-jerk) were conducted at different time-points (i.e., T1 (baseline), T2 (9 weeks), T3 (20 weeks)). Strength tests (i.e., grip strength, clean-and-jerk and snatch) and training volume were normalized to body mass. Results showed small-to-large increases in body-height, body-mass, lean-body-mass, and lower-limbs lean-mass from T1-to-T2 and T2-to-T3 (∆0.7–6.7%; 0.1 ≤ d ≤ 1.2). For fat-mass, a significant small-sized decrease was found from T1-to-T2 (∆13.1%; d = 0.4) and a significant increase from T2-to-T3 (∆9.1%; d = 0.3). A significant main effect of time was observed for DJ contact time (d = 1.3) with a trend toward a significant decrease from T1-to-T2 (∆–15.3%; d = 0.66; p = 0.06). For RSI, significant small increases from T1-to-T2 (∆9.9%, d = 0.5) were noted. Additionally, a significant main effect of time was found for snatch (d = 2.7) and clean-and-jerk (d = 3.1) with significant small-to-moderate increases for both tests from T1-to-T2 and T2-to-T3 (∆4.6–11.3%, d = 0.33 to 0.64). The other tests did not change significantly over time (0.1 ≤ d ≤ 0.8). Results showed significantly higher training volume for sport-specific training during the second period compared with the first period (d = 2.2). Five months of Olympic weightlifting contributed to significant changes in anthropometry, body-composition, and sport-specific performance. However, hardly any significant gains were observed for measures of physical fitness. Coaches are advised to design training programs that target a variety of fitness components to lay an appropriate foundation for later performance as an elite athlete.
This exploratory study aimed to monitor long-term seasonal developments in measures of anthropometry, body composition, and physical fitness in young judo athletes, and to compute associations between these measures and sporting success. Forty-four young judoka (20 females, 24 males) volunteered to participate. Tests for the assessment of anthropometry (e.g., body height/mass), body-composition (e.g., lean body mass), muscle strength (isometric handgrip strength), vertical jumping (e.g., countermovement-jump (CMJ) height), and dynamic balance (Y-balance test) were conducted at the beginning and end of a 10-month training season. Additionally, sporting success at the end of the season was recorded for each athlete. Analyses revealed significant time x sex interaction effects for lean-body-mass, isometric handgrip strength, and CMJ height (0.7 <= d <= 1.6). Post-hoc analyses showed larger gains for all measures in young males (1.9 <= d <= 6.0) compared with females (d = 2.4) across the season. Additionally, significant increases in body height and mass as well as Y-balance test scores were found from pre-to-post-test (1.2 <= d <= 4.3), irrespective of sex. Further, non-significant small-to-moderate-sized correlations were identified between changes in anthropometry/body composition/physical fitness and sporting success (p > 0.05; -0.34 <= rho <= 0.32). Regression analysis confirmed that no model significantly predicted sporting success. Ten months of judo training and/or growth/maturation contributed to significant changes in anthropometry, body composition, and physical fitness, particularly in young male judo athletes.
Die zerstörungsfreien Prüfungen von Bauwerken mit Hilfe von Ultraschallmessverfahren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch Ultraschallmessungen können die Geometrien von Bauteilen bestimmt sowie von außen nicht sichtbare Fehler wie Delaminationen und Kiesnester erkannt werden.
Mit neuartigen, in das Betonbauteil eingebetteten Ultraschallprüfköpfen sollen nun Bauwerke dauerhaft auf Veränderungen überprüft werden. Dazu werden Ultraschallsignale direkt im Inneren eines Bauteils erzeugt, was die Möglichkeiten der herkömmlichen Methoden der Bauwerksüberwachung wesentlich erweitert. Ein Ultraschallverfahren könnte mit eingebetteten Prüfköpfen ein Betonbauteil kontinuierlich integral überwachen und damit auch stetig fortschreitende Gefügeänderungen, wie beispielsweise Mikrorisse, registrieren.
Sicherheitsrelevante Bauteile, die nach dem Einbau für Messungen unzugänglich oder mittels Ultraschall, beispielsweise durch zusätzliche Beschichtungen der Oberfläche, nicht prüfbar sind, lassen sich mit eingebetteten Prüfköpfen überwachen. An bereits vorhandenen Bauwerken können die Ultraschallprüfköpfe mithilfe von Bohrlöchern und speziellem Verpressmörtel auch nachträglich in das Bauteil integriert werden. Für Fertigbauteile bieten sich eingebettete Prüfköpfe zur Herstellungskontrolle sowie zur Überwachung der Baudurchführung als Werkzeug der Qualitätssicherung an. Auch die schnelle Schadensanalyse eines Bauwerks nach Naturkatastrophen, wie beispielsweise einem Erdbeben oder einer Flut, ist denkbar.
Durch die gute Ankopplung ermöglichen diese neuartigen Prüfköpfe den Einsatz von empfindlichen Auswertungsmethoden, wie die Kreuzkorrelation, die Coda-Wellen-Interferometrie oder die Amplitudenauswertung, für die Signalanalyse. Bei regelmäßigen Messungen können somit sich anbahnende Schäden eines Bauwerks frühzeitig erkannt werden.
Da die Schädigung eines Bauwerks keine direkt messbare Größe darstellt, erfordert eine eindeutige Schadenserkennung in der Regel die Messung mehrerer physikalischer Größen die geeignet verknüpft werden. Physikalische Größen können sein: Ultraschalllaufzeit, Amplitude des Ultraschallsignals und Umgebungstemperatur. Dazu müssen Korrelationen zwischen dem Zustand des Bauwerks, den Umgebungsbedingungen und den Parametern des gemessenen Ultraschallsignals untersucht werden.
In dieser Arbeit werden die neuartigen Prüfköpfe vorgestellt. Es wird beschrieben, dass sie sich, sowohl in bereits errichtete Betonbauwerke als auch in der Konstruktion befindliche, einbauen lassen. Experimentell wird gezeigt, dass die Prüfköpfe in mehreren Ebenen eingebettet sein können da ihre Abstrahlcharakteristik im Beton nahezu ungerichtet ist. Die Mittenfrequenz von rund 62 kHz ermöglicht Abstände, je nach Betonart und SRV, von mindestens 3 m zwischen Prüfköpfen die als Sender und Empfänger arbeiten. Die Empfindlichkeit der eingebetteten Prüfköpfe gegenüber Veränderungen im Beton wird an Hand von zwei Laborexperimenten gezeigt, einem Drei-Punkt-Biegeversuch und einem Versuch zur Erzeugung von Frost-Tau-Wechsel Schäden. Die Ergebnisse werden mit anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren verglichen. Es zeigt sich, dass die Prüfköpfe durch die Anwendung empfindlicher Auswertemethoden, auftretende Risse im Beton detektieren, bevor diese eine Gefahr für das Bauwerk darstellen. Abschließend werden Beispiele von Installation der neuartigen Ultraschallprüfköpfe in realen Bauteilen, zwei Brücken und einem Fundament, gezeigt und basierend auf dort gewonnenen ersten Erfahrungen ein Konzept für die Umsetzung einer Langzeitüberwachung aufgestellt.