Suchergebnisse

As a cradle of ancient Chinese civilization, the Yellow River Basin has a very long human-environment interrelationship, where early anthropogenic activities re- sulted in large scale landscape modifications. Today, the impact of this relationship has intensified further as the basin plays a vital role for China's continued economic development. It is one of the most densely-populated, fastest growing, and most dynamic regions of China with abundant natural and environmental resources providing a livelihood for almost 190 million people. Triggered by fundamental economic reforms, the basin has witnessed a spectacular economic boom during the last decades and can be considered as an exemplary blueprint region for contemporary dynamic Global Change processes occurring throughout the country, which is currently transitioning from an agrarian-dominated economy into a modern urbanized society. However, this resourcesdemanding growth has led to profound land use changes with adverse effects on the Yellow River social-ecological systems, where complex challenges arise threatening a long-term sustainable development. Consistent and continuous remote sensing-based monitoring of recent and past land cover and land use change is a fundamental requirement to mitigate the adverse impacts of Global Change processes. Nowadays, technical advancement and the multitude of available satellite sensors, in combination with the opening of data archives, allow the creation of new research perspectives in regional land cover applications over heterogeneous landscapes at large spatial scales. Despite the urgent need to better understand the prevailing dynamics and underlying factors influencing the current processes, detailed regional specific land cover data and change information are surprisingly absent for this region. In view of the noted research gaps and contemporary developments, three major objectives are defined in this thesis. First (i), the current and most pressing social-ecological challenges are elaborated and policy and management instruments towards more sustainability are discussed. Second (ii), this thesis provides new and improved insights on the current land cover state and dynamics of the entire Yellow River Basin. Finally (iii), the most dominant processes related to mining, agriculture, forest, and urban dynamics are determined on finer spatial and temporal scales. The complex and manifold problems and challenges that result from long-term abuse of the water and land resources in the basin have been underpinned by policy choices, cultural attitude, and institutions that have evolved over centuries in China. The tremendous economic growth that has been mainly achieved by extracting water and exploiting land resources in a rigorous, but unsustainable manner, might not only offset the economic benefits, but could also foster social unrest. Since the early emergence of the first Chinese dynasties, flooding was considered historically as a primary issue in river management and major achievements have been made to tame the wild nature of the Yellow River. Whereas flooding is therefore largely now under control, new environmental and social problems have evolved, including soil and water pollution, ecological degradation, biodiversity decline, and food security, all being further aggravated by anthropogenic climate change. To resolve the contemporary and complex challenges, many individual environmental laws and regulations have been enacted by various Chinese ministries. However, these policies often pursue different, often contradictory goals, are too general to tackle specific problems and are usually implemented by a strong top-down approach. Recently, more flexible economic and market-based incentives (pricing, tradable permits, investments) have been successfully adopted, which are specifically tailored to the respective needs, shifting now away from the pure command and regulating instruments. One way towards a more holistic and integrated river basin management could be the establishment of a common platform (e.g. a Geographical Information System) for data handling and sharing, possibly operated by the Yellow River Basin Conservancy Commission (YRCC), where available spatial data, statistical information and in-situ measures are coalesced, on which sustainable decision-making could be based. So far, the collected data is hardly accessible, fragmented, inconsistent, or outdated. The first step to address the absence and lack of consistent and spatially up-to-date information for the entire basin capturing the heterogeneous landscape conditions was taken up in this thesis. Land cover characteristics and dynamics were derived from the last decade for the years 2003 and 2013, based on optical medium-resolution hightemporal MODIS Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI) time series at 250 m. To minimize the inherent influence of atmospheric and geometric interferences found in raw high temporal data, the applied adaptive Savitzky-Golay filter successfully smoothed the time series and substantially reduced noise. Based on the smoothed time series data, a large variety of intra-annual phenology metrics as well as spectral and multispectral annual statistics were derived, which served as input variables for random forest (RF) classifiers. High quality reference data sets were derived from very high resolution imagery for each year independently of which 70 % trained the RF models. The accuracy assessments for all regionally specific defined thematic classes were based on the remaining 30 % reference data split and yielded overall accuracies of 87 % and 84 % for 2003 and 2013, respectively. The first regional adapted Yellow River Land Cover Products (YRB LC) depict the detail spatial extent and distribution of the current land cover status and dynamics. The novel products overall differentiate overall 18 land cover and use classes, including classes of natural vegetation (terrestrial and aquatic), cultivated classes, mosaic classes, non-vegetated, and artificial classes, which are not presented in previous land cover studies so far. Building on this, an extended multi-faceted land cover analysis on the most prominent land cover change types at finer spatial and temporal scales provides a better and more detailed picture of the Yellow River Basin dynamics. Precise spatio-temporal products about mining, agriculture, forest, and urban areas were examined from long-trem Landsat satellite time series monitored at annual scales to capture the rapid rate of change in four selected focus regions. All archived Landsat images between 2000 and 2015 were used to derive spatially continuous spectral-temporal, multi-spectral, and textural metrics. For each thematic region and year RF models were built, trained and tested based on a stablepixels reference data set. The automated adaptive signature (AASG) algorithm identifies those pixels that did not change between the investigated time periods to generate a mono-temporal reference stable-pixels data set to keep manual sampling requirements to a minimum level. Derived results gained high accuracies ranging from 88 % to 98 %. Throughout the basin, afforestation on the Central Loess Plateau and urban sprawl are identified as most prominent drivers of land cover change, whereas agricultural land remained stable, only showing local small-scale dynamics. Mining operations started in 2004 on the Qinghai-Tibet Plateau, which resulted in a substantial loss of pristine alpine meadows and wetlands. In this thesis, a novel and unique regional specific view of current and past land cover characteristics in a complex and heterogeneous landscape was presented by using a multi-source remote sensing approach. The delineated products hold great potential for various model and management applications. They could serve as valuable components for effective and sustainable land and water management to adapt and mitigate the predicted consequences of Global Change processes. ; Der Gelbe Fluss - in der Landessprache Huange He genannt - ist für die Ausprägung und Entwicklung der chinesischen Kultur von großer Bedeutung. Aufgrund der frühen Einflussnahme auf die natürlichen Ökosysteme in dieser Region durch den Menschen, entwickelte sich dort eine ausgeprägte Interaktion zwischen Mensch und Umwelt. Diese Wechselbeziehung hat sich infolge der gegenwärtigen rapiden sozioökonomischen Veränderungen in den letzten Jahrzehnten weiter intensiviert. Das Einzugsgebiet des Gelben Flusses bildet die Lebensgrundlage für fast 190 Millionen Menschen, die zum Großteil von natürlichen Ressourcen abhängig sind. Zudem gehört es zu den wirtschaftlich bedeutendsten und am schnellsten wachsenden Regionen in ganz China. Durch weitreichende Reformen wurde ein wirtschaftlicher Aufstieg forciert, um den Agrarstaat China zu einem modernen Industrie- und Dienstleistungsstaat weiterzuentwickeln. Ein derartiges rasantes wie auch ressourcenintensives Wirtschaftswachstum führte schließlich zu einem enormen Wandel in den Bereichen der Landbedeckung und Landnutzung. Hinzu kamen neue und komplexere wirtschafts-, sozial- und umweltpolitische Herausforderungen, die bis heute eine langfristige und nachhaltige Entwicklung der Region gefährden. Aus diesem Blickwinkel kann das Becken des Gelben Flusses als regionales Spiegelbild der durch den Globalen Wandel bedingten, gegenwärtigen Veränderungsprozesse in ganz China gelten. Eine wichtige Voraussetzung für den adäquaten Umgang mit den Herausforderungen des Globalen Wandels sind kontinuierliche Informationen über aktuelle sowie historische Veränderungen von Landbedeckung und Landnutzung. Infolge der technologischen Entwicklung steht heute eine Vielfalt an Satellitenbildsystemen mit immer höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung zur Verfügung. In Verbindung mit kostenfreien und offenen Datenzugriffen ist es möglich, daraus neue Forschungsperspektiven im Bereich der Landoberflächenkartierung - insbesondere für heterogene Landschaften - zu entwickeln. Zur Generierung thematischer Karten werden häufig Klassifikationen entlang verschiedener räumlicher und zeitlicher Skalen vollzogen. Daraus können zusätzlich die nötigen Informationen für lokale wie auch regionale Entscheidungsträger abgeleitet werden. Trotz dieser neuen Möglichkeiten sind regionalspezifische Informationen, die einem besseren Verständnis der Dynamiken von Landoberflächen im Bereich des Gelben-Fluss-Beckens dienen, noch rar. Dieses Forschungsdesiderat wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgegriffen, wobei folgende Schwerpunkte gesetzt werden: (i) Zunächst werden die vorherrschenden sozioökologischen Herausforderungen für das gesamte Einzugsgebiet des Gelben Flusses dargestellt sowie verschiedene Management- sowie Politikmodelle für eine nachhaltigere Ressourcennutzung diskutiert. (ii) Darauf aufbauend wird die fernerkundliche Ableitung von Landbedeckungs- und Landnutzungsveränderungen der letzten Dekade im Gebiet des gesamten Gelben Flusses flächendeckend durchgeführt und anschließend interpretiert. (iii) Im letzten Schritt werden basierend auf den zuvor abgeleiteten Informationsprodukten die dominierenden Landoberflächendynamiken in höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung detailliert untersucht. Insbesondere die dynamischen Prozesse der Minenausbreitung, Landwirtschaft, Waldgebiete und der urbanen Räume rücken in den Fokus. Aufgrund jahrzehntelanger Übernutzung der natürlichen Ressourcen im Gebiet des Gelben Flusses in Verbindung mit politischen Entscheidungen, der vorherrschenden kulturellen Prägung wie auch der Entwicklung der dort ansässigen Institutionen ist eine vielschichtige Problematik entstanden, die für die gesamte Region eine große Herausforderung darstellt. Durch frühzeitige Maßnahmen der Flutbekämpfung und Flussregulierung konnte den zahlreichen Überflutungen der Vergangenheit entgegengewirkt und das Risiko großflächiger Überschwemmungen minimiert werden. Trotz dieser Erfolge ergeben sich laufend neue, komplexere Herausforderungen mit verheerenden Auswirkungen auf Ökologie und Gesellschaft, wie zum Beispiel Boden- und Wasserdegradation, Entwaldung, Rückgang der Artenvielfalt, Ernährungsunsicherheiten und ein steigendes soziales Ungleichgewicht. Durch den anthropogenen Klimawandel werden diese negativen Probleme noch weiter verstärkt. Zwar wurden sie von der chinesischen Regierung als solche erkannt, dennoch scheiterten die Versuche, mit zahlreichen Gesetzen und Verordnungen die genannten Folgen einzudämmen, an unkonkreten Formulierungen, so dass diese der Komplexität der Herausforderungen nicht gerecht wurden. Die in jüngster Zeit verfolgten modernen und deutlich flexibleren, marktorientierten Ansätze (z.B. Subventionen, Wasserzertifikate), die speziell an die lokalen Gegebenheiten angepasst wurden, zeigen bereits Erfolge. Mit Hilfe einer gemeinsamen Daten- und Informationsplattform, beispielsweise in Form eines Geographischen Informationssystems (GIS), wäre eine integrierte und holistische Flussmanagementstrategie für den Gelben Fluss leichter realisierbar. Auf diese Weise könnten alle verfügbaren statistischen-, räumlichen- und Feldaufnahmen gespeichert, harmonisiert und geteilt und so die bisher noch unvollständigen und veralteten Daten laufend aktualisiert werden. Die Flussbehörde des Gelben Flusses (Yellow River Conservancy Commission) böte sich an, ein solches System zu verwalten. In dieser Arbeit wird die heterogene Landbedeckungsstruktur für das gesamte Einzugsgebiet des Gelben Flusses für die Jahre 2003 und 2013 erfasst und interpretiert. Die fernerkundlichen Eingangsdaten für die einzelnen Klassifikationen bestehen aus optischen MODIS NDVI-Zeitserien, aus denen jährlich phänologische Parameter berechnet werden. Da die Qualität optischer Satellitenbilder häufig durch Wolken und Schatten beeinträchtigt ist, müssen die betroffenen Flächen maskiert und entfernt werden. Die so entstandenen Lücken in der Zeitserie werden durch einen Filteralgorithmus (SavitskyGolay) aufgefüllt und geglättet. Die verwendeten RandomForest-Klassifikationsverfahren ermöglichen die Ableitung von Landbedeckungen und -dynamiken. Diese neuen und räumlich detaillierten Produkte unterscheiden insgesamt 18 verschiedene Landbedeckungsund Landnutzungsklassen. Erstmals liefern diese eine regional spezifische Charakterisierung der vorherrschenden Landbedeckung im Gebiet des Gelben Flusses. Darauf aufbauend erfolgt eine sowohl zeitlich als auch räumlich detailliertere Untersuchung der wichtigsten Veränderungen im Bereich der Landbedeckung, die auf dichten Landsat-Zeitserien basiert. Jährliche Informationen über Dynamiken von Minenabbaugebieten, Landwirtschaft, Waldgebieten und urbanen Räumen zeigen präzise lokale Veränderungen im Einzugsgebiet des Gelben Flusses. Die daraus abgeleiteten Ergebnisse lassen insbesondere auf dem Lössplateau die Auswirkungen ökologischer Restorationsmaßnahmen erkennen, bei denen degradierte Flächen in Waldsysteme umgewandelt wurden. Auf dem Qinghai-Tibet-Plateau zeigt sich eine dramatische Ausbreitung von Kohletagebau zu Lasten der besonders anfälligen alpinen Matten und Feuchtgebiete. Auch der anhaltende Trend zur Urbanisierung spiegelt sich in den hier gewonnenen Ergebnissen deutlich wider. Durch die Kombination von Fernerkundungsdaten unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösungen liefert diese Arbeit neue und bisher einzigartige Einblicke in historische und aktuelle Landbedeckungsdynamiken einer heterogenen Landschaft. Die regionalen Analysen wie auch die thematischen Informationsprodukte besitzen somit großes Potential zur Verbesserung der Informationsgrundlage. Die Ergebnisse dienen außerdem als aussagekräftige Entscheidungsgrundlage mit dem Ziel eines angemessenen und nachhaltigen Land- und Wassermanagements für die natürlichen Ökosysteme im Becken des Gelben Flusses.

Landwirtschaft und Fischerei

Die Landwirtschaft nimmt durch die Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmittel eine zentrale Position im wirtschaftlichen Zusammenhang eines Landes sowie für den Industrialisierungsprozeß ein. So weist schon Walt W. Rostow 1960 darauf hin, dass das Vorhandensein ausreichender Nahrungsmittelreserven erst ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum ermöglicht hat (Stadien wirtschaftlichen Wachstums. Göttingen, 1960). Durch Rationalisierungsmaßnahmen und Fortschritte auf dem Gebiet der Agrartechnologie wird nicht nur die landwirtschaftliche Nettoproduktion erhöht, sondern es werden Arbeitskräfte freigesetzt, die in der Industrie benötigt werden (Jean Fourastié oder William Patty: Drei-Sektoren-Hypothese. Vergl.: Fourastié J.: Die große Hoffnung des 20. Jahrhunderts. Köln 1954, S. 135f.). "Das wichtigste Kennzeichen der Entwicklung der Landwirtschaft in den heute industrialisierten Ländern ist der relative Rückgang des Gewichts der Landwirtschaft – im Verhältnis zur Summe der anderen Wirtschaftsbereiche – und das zur gleichen Zeit zu beobachtende Ansteigen der Arbeitsproduktivität der landwirtschaftlichen Bevölkerung, …" (Friedrich Wilhelm Henning (1968), Stadien und Typen in der Entwicklung der Landwirtschaft in den heutigen Industrieländern. In: Th. Heidhues et. al: Die Landwirtschaft in der volks- und weltwirtschaftlichen Entwicklung. BLV, München, S. 42). Dabei wurden die Ertragssteigerungen zunächst – in einer ersten Phase – durch verbesserte Ausnutzung der landwirtschaftlichen Nutzfläche, durch neue Anbaumethoden und Fruchtfolgen sowie durch verbesserte Fütterung in der Tieraufzucht erreicht, aber nicht durch den Einsatz neuer Techniken. "Der Einsatz ganz neuer, wissenschaftsbasierter, industrieller Inputs wie sie die moderne Agrarentwicklung seit Ende des 19. Jahrhunderts zunehmend charakterisiert, so daß man für das 20. Jahrhundert vom Übergang zur industrialisierten Landwirtschaft sprechen kann, spielte für neuzeitliches Agrarwachstum so gut wie keine Rolle. … Ganz im Gegenteil, während der neuzeitlichen Agrarrevolutionen kamen quasi alle Ressourcen für Agrarwachstum, von der Arbeit bis zum Wissen immer noch aus dem landwirtschaftlichen Sektor selbst. … (Es kam während der) neuzeitlichen Agrarrevolutionen zu einem … langanhaltenden Ertrags- und Produktivitätszuwachs nur mit den Mitteln traditioneller, vorindustrieller Technologie: höhere Arbeitsintensivität, flächendeckende Anwendung von schon lange bekannter hochintensiver Fruchtfolgen, graduelle Verbesserung althergebrachter Arbeitsgeräte, verbesserte organische Düngung und vermehrter Einsatz tierischer Zugkraft" (vergl. Kopsidis, Michael (2006): Agrarentwicklung. Historische Agrarrevolutionen und Entwicklungsökonomie. S. 9). Mit diesen Mitteln gelang es der Landwirtschaft, der steigenden Nachfrage durch den fortdauernden Urbanisierungsprozeß, das anhaltende Bevölkerungswachstum und die Veränderung der Berufsstruktur im 19. Jahrhundert durch Produktionssteigerung zu begegnen. Mit Ausnahme des von Liebig entwickelten wasserlöslichen Phosphatdüngers zwischen 1846 und 1849 kamen ansonsten technische Erneuerungen nur in relativ begrenztem Umfang zur Anwendung. Eine bedeutend wichtigere Rolle nahm der Zugang der einzelnen Regionen zu zentralen Märkten in Ballungsgebieten ein. Denn die Erwirtschaftung eines Ernteüberschusses lohnt sich nur, wenn dieser Überschuss auch auf Märkten angeboten werden kann. Erst sehr viel später, im 20. Jahrhundert, nahmen Forschung und Technik einen großen Einfluß auf die landwirtschaftliche Produktionsweise, die dann in die industrialisierte Landwirtschaft überging.

Es soll versucht werden, die quantitative Entwicklung der verschiedenen landwirtschaftlichen Bereiche Bodennutzung, Anbau und Ernte von Feldfrüchten, Obstanbau, Tierhaltung und Herstellung tierischer Produkte über einen möglichst langen Zeitraum wiederzugeben, um so aufbereitete Zeitreihen der Forschung zur Verfügung zu stellen.

Die vorliegende Datensammlung zum Themenbereich 'Landwirtschaft' enthält insgesamt 84 Zeitreihen, die sich schwerpunktmäßig auf den Zeitraum vom Beginn der Amtlichen Statistik zur Zeit des Deutschen Reiches im Jahr 1870 bis zur heutigen Bundesrepublik in den Grenzen vom 3. Oktober 1990 erstrecken; es soll also, soweit es die Quellen erlauben, der Zeitraum von 1870 bis 2010 statistisch wiedergegeben werden. Aufgrund von veränderten Erhebungssystematiken sowie durch die Folgen des 1. und des 2. Weltkrieges können nicht für alle Zeitreihen kontinuierlich Daten für den gewünschten Zeitraum zur Verfügung gestellt werden. Entweder liegen für die Zeitabschnitte während der Kriege keine Daten vor oder aber die Vergleichbarkeit insbesondere bei unterschiedlicher Erhebungssystematik ist stark eingeschränkt. Letzeres Problem tritt in besonderer Weise für die Statistik aus der Zeit der ehemaligen Deutschen Demokratischen Republik auf, aber auch die Statistik der früheren Bundesrepublik Deutschland (das Gebiet der alten Länder) kann erhebliche Brüche in der Systematik aufweisen.

Die Zeitreihen zum Bereich 'Landwirtschaft und Fischerei' decken folgende Gebiete ab:
• A Betriebsgrößen, wirtschaftliche und landwirtschaftliche Nutzflächen
- A01: Landwirtschaftliche Nutzfläche nach Betriebsgrößen, Besitzverhältnisse unberücksichtigt (1871-2010)
- A.02: Wirtschaftsfläche nach Hauptnutzungs- und Kulturarten (1871-2010)
• B Pflanzliche Produktion
- B.01: Anbauflächen wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.02: Erntemengen wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.03: Ertrag je Hetkar wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.04: Obstbäume und Weinernte (1871-2010)
- B.05: Duengemittel (1871-2010)
• C Tierhaltung und Gewinnung tierischer Erzeugnisse
- C.01: Landwirtschaftliche Betriebe nach Tierarten auf ihrem Hof/Gut (1871-2010)
- C.02: Tierbestand nach Tierarten (1871-2010)
- C.03: Milcherzeugung und -verwendung (1871-2010)
- C.04: Schlachtungen und Fleischgewinnung (1871-2010)
• D Hochsee- und Küstenfischerei
- D.01: Anlandungen der Hochsee- und Küstenfischerei (1871-2010)


Aufbau und Tabelleninhalt:

Zeitreihen zu Betriebsgrößen und wirtschaftlichen und landwirtschaftlichen Nutzflächen:
A.01: Landwirtschaftliche Nutzfläche nach Betriebsgrößen, Besitzverhältnisse unberücksichtigt (1871-2010):
Nutzfläche aller Betriebe zusammen (eigenes und gepachtetes Land), Nutzfläche gegliedert nach Betriebsgrößen (nur eigenes Land), Nutzfläche aller Betriebe zusammen (nur gepachtetes Land).

A.02: Wirtschaftsfläche nach Hauptnutzungs- und Kulturarten (1871-2010):
Wirtschaftsfläche insgesamt; darunter landwirtschaftlich genutzte Fläche insgesamt und landwirtschaftlich genutzte Fläche zum einen für den Ackerbau, zum anderen für Weiden; genutzte Fläche für Holzungen und Forsten; unkultivierte Wirtschaftsflächen; bebaute Wirtschaftsflächen.

Zeitreihen zur pflanzlichen Produktion: Anbauflächen, Erntemengen und Ernteerträgen der wichtigsten Feldfrüchte, von Obst und Wein und Düngereinsatz:
B.01: Anbauflächen wichtiger Fruchtarten (1871-2010):
Ackerland insgesamt; darunter Ackerlandfläche für den Anbau von Getreide, Ackerlandfläche für den Anbau von Hackfrüchten, Ackerlandfläche für den Anbau von Futterpflanzen.

B.02: Erntemengen wichtiger Fruchtarten (1871-2010):
Erntemengen der Getreidesorten und der Hackfrüchte in 1000 Tonnen.

B.03: Ertrag je Hetkar wichtiger Fruchtarten (1871-2010):
Hektarerträge (d.h. Erntemenge je Hektar Ackerfläche) der Getreidesorten und der Hackfrüchte.

B.04: Obstbäume und Weinernte (1871-2010):
Bestand der Obstbäume nach Sorten (Apfelbäume, Birnbäume, Pflaumenbäume, Kirschbäume) sowie Rebflächen, Weinmost-Ertrag, Weinmost-Erntemenge.

B.05: Düngemittel (1871-2010):
Angaben der Düngemittelversorgung insgesamt in 1000 t Reinnährstoff und je Hektar Ackerland in Kg. Reinnährstoff, und zwar für die Nährstoffe Stickstoff insgesamt (N), Phosphat insgesamt (P2O2), Kali insgesamt (K2O), Kalk insgesamt (CaO),
Stickstoff (N) je ha., Phosphat (P2O2) je ha., Kali (K2O) je ha., Kalk (CaO) je ha.


Zeitreihen zu Betrieben mit Tierhaltung, zu Tierbeständen und zur Gewinnung tierischer Produkte:
C.01: Landwirtschaftliche Betriebe nach Tierarten auf ihrem Hof/Gut (1871-2010):
Anzahl der landwirtschaftlichen Betriebe mit Pferden, mit Rindern, mit Milchkühen, mit Schweinen und mit Schafen.

C.02: Tierbestand nach Tierarten (1871-2010):
Anzahl der Pferde, der Rinder insgesamt und darunter der Milchküche, der Schweine, der Schafe, des Geflügels insgesamt und darunter der Hühner, der Ziegen, und der Bienenvölker. Die Tierbestände werden in 1000 angegeben.

C.03: Milcherzeugung und -verwendung (1871-2010):
Anzahl der Milchkühe; Jahresmilchertrag (Milchmenge je Kuh); jährliche Gesamtmilcherzeugung; Milchverwendung für die Molkerei, Milchverwendung für die Verfütterung an Kälber, Milchverwendung für die Verarbeitung im Haushalt des Milchkuh-Halters.

C.04: Schlachtungen und Fleischgewinnung (1871-2010):
Jeweils die Anzahl der geschlachteten Rinder, Kälber und Schweine zum einen durch gewerbliche Schlachtung, zum anderen durch Hausschlachtung; Fleischgewinnung insgesamt.


Zeitreihen zur Fischerei:
D.01: Anlandungen der Hochsee- und Küstenfischerei (1871-2010):
Anlandungen in Tonnen aller Betriebsformen der Hochsee- und Küstenfischerei zusammen, Anlandungen der Große Hochseefischerei, der Großen Heringsfischerei, und der Kleinen Hochsee- und Küstenfischerei.


Zu den einzelnen Bereichen

Die Verwendung des Bodens (wirtschaftliche Nutzfläche)
Der Boden ist die Grundlage für die Erzeugung der menschlichen Nahrungsmittel. Die landwirtschaftliche Nutzung lässt sich in verschiedene Nutzungsarten untergliedern. Von besonderem Interesse ist hier die Nutzung des Bodens für den Ackerbau zur Erzeugung pflanzlicher Produkte und für Weideland. Darüber hinaus übernimmt er weitere, verschiedene Funktionen. Während auf der einen Seite die für die Landwirtschaft nutzbare Fläche durch Bodenverbesserungsmaßnahmen wie etwa die Trockenlegung von Sümpfen oder die Reduzierung von Waldbeständen, vergrößert wurde, wird auf der anderen Seite die Verfügbarkeit des Bodens durch andere Verwendungsarten wie Siedlungs- und Straßenbau stark eingeschränkt. Die Entwicklung der verschiedenen konkurrierenden Nutzungsarten des Bodens, von der die landwirtschaftliche Nutzung nur eine Möglichkeit ist, soll durch die Wiedergabe der Entwicklung der Bodenflächen, die für die jeweiligen Nutzungsarten verwendet werden, über einen längeren Zeitraum dargestellt werden.

Die Bedeutung der Betriebsgröße

Die Betriebsgröße kann an der vorliegenden Menge von Produktionsfaktoren, Erträgen und erwirtschafteten Überschüssen (Überschuss= Erträge – Saatgut – Eigenverbrauch) gemessen werden. Im Rahmen dieser Studie soll mit Hilfe des wichtigsten Produktionsfaktors, der Flächenausstattung, die Betriebsgröße beschrieben werden. Die flächenmäßige Betriebsgrößenstruktur ist im Wesentlichen Resultat eines Anpassungsprozesses an die geografischen, historischen und wirtschaftlichen Gegebenheiten.
Für Deutschland ist im 21. Jahrhundert eine Zweiteilung hinsichtlich der geografischen Verteilung der Betriebe erkennbar: Große Betriebe finden sich überwiegend im Osten und Norden, kleinere hingegen im Südwesten Deutschlands. "Eine Ursache für diese Verteilung ist die Gutswirtschaft zur Zeit des späten Mittelalters, die den Grundstein für diese groß strukturierte Landwirtschaft im Osten des heutigen Deutschlands legte. Den größten Einfluss übte jedoch die Phase der sozialistischen Landwirtschaft in der ehemaligen DDR aus." (Statistische Ämter des Bundes und der Länder, 2011, S. 6). Diesen großflächigen Betrieben stehen heute in Nordwestdeutschland Betriebe mittlerer Größenordnung und in Süddeutschland eher kleinere Familienbetriebe gegenüber. Das früher in Süddeutschland vielerorts übliche Realerbteilungsrecht begünstigte die Entstehung dieser eher klein strukturierten Landwirtschaft dadurch, dass der Grundbesitz oftmals unter den Erbberechtigten aufgeteilt und so eine Zersplitterung der Betriebe herbeigeführt wurde. (Vergl.: Statistische Ämter des Bundes und der Länder (Hrsg.): Agrarstrukturen in Deutschland… . Stuttgart 2011. S. 6-10.)
Seit Mitte der 1950er Jahre besteht ein Trend zur technischen Modernisierung und Vergrößerung der landwirtschaftlichen Betriebe, hervorgerufen durch den technischen und züchterischen Fortschritt sowie nicht zuletzt durch wesentliche Änderungen in der Agrarpolitik, verbunden mit einem massiven Abbau von Subventionen. Durch den stärker werdenden Druck auf die Betriebe veränderte sich die Produktionsweise hin zur Spezialisierung auf wenige Produktionszweige und oft auch hin zu einer Vergrößerung des Betriebes.
Die Darstellung der landwirtschaftlich genutzten Wirtschaftsfläche nach Betriebsgrößen soll die Bedeutung und das Zusammenspiel der Klein- Mittel- und Großbetriebe im Zeitverlauf wiedergeben. Es wird deutlich, dass sich kleinere Familienbetriebe trotz geringerer Ausstattung mit den Ressourcen Kapital und Arbeit bis in die heutige Zeit gegenüber den Großbetrieben behaupten konnten (vergl. dazu: Kopsidis, 1996, S. 10f; Schulze, 2007, S. 9ff).


Anbauflächen, Erntemengen und Ernteerträge:
Die landwirtschaftliche Nutzung des Bodens lässt sich in verschiedene Nutzungsarten untergliedern. Von besonderem Interesse ist in der vorliegenden Datenzusammenstellung die Nutzung des Bodens für den Ackerbau und für Weideland. Im Verlauf der Geschichte wurde die natürliche Pflanzendecke an geeigneten Standorten allmählich durch vom Menschen gezüchtete Pflanzen ersetzt und in Ackerland oder in Weideland umgewandelt. Der Statistiker Viebahn hat feststellen können, dass eine Ertragssteigerung im Ackeranbau infolge einer verbesserten Fruchtwechselwirtschaft und eines steigenden Anbaus von Hackfrüchten – insbesondere der Kartoffel – erreicht werden konnte. Hinzu kam der Futtermittelanbau, durch den eine gute Fütterung der Tiere auch im Winter unterstützt wurde. Die Verwendung der Ackerfläche für verschiedene Getreidearten, Hackfrüchte und für den Anbau von Futterpflanzen soll daher in Form von säkularen Zeitreihen bis zur Gegenwart veranschaulicht werden.
Das Ackerland wurde zunächst vornehmlich für den Getreideanbau genutzt. Dabei nehmen die verschiedenen Getreidesorten eine unterschiedliche Position im Anbau ein. Der Roggen, der in kalten Regionen als widerstandsfähige Pflanze gut gedeihen konnte, hatte als Brotgetreide zunächst die größte Bedeutung. Hafer war früher sowohl Grundnahrungsmittel als auch Tierfutter. Weizen ist die älteste Getreidegattung und gedeiht am besten in gemäßigten Zonen. Gerste folgt als weniger anspruchsvolle Frucht im Fruchtwechsel dem Weizen. Die Einführung der Kartoffel als eine bedeutende Hackfrucht konnte den Ernteertrag bedeutend erhöhen, forderte aber auch eine intensivere Bearbeitung des Ackerbodens während der Wachstumsperiode. Insgesamt trug der Kartoffelanbau dazu bei, dass sich Anzahl und Intensität der Hungerkrisen in Deutschland verringerten. Wie sich die Bedeutung der unterschiedlichen Fruchtarten im Verlauf der Zeit geändert hat, verdeutlichen die Anbauflächen, die für diese Fruchtarten verwendet werden. Es zeigt sich, dass der Weizen heute die bedeutendste Getreideart ist, während die Anbauflächen für den Hafer stark gesunken sind. Die Ernteerträge je Hektar Anbaufläche geben einen Einblick, wie sich der Erfolg der landwirtschaftlichen Produktion im Zeitverlauf verändert hat.
In diesem Zusammenhang soll auch auf die Anbauflächen und Erträge der Weinernte eingegangen werden, da es sich hierbei um ein Gut handelt, das in der Zivilisation seit jeher eine zentrale Rolle einnimmt.


Der Düngereinsatz:
Verbrauchte Nährstoffe durch den Anbau und die Ernte von Pflanzen müssen ersetzt werden, damit die Ackerfläche für die pflanzliche Nahrungsmittelproduktion weiterhin verwendet werden kann. Diese Anforderung stellte in der Landwirtschaft ein nicht zu unterschätzendes Problem dar, dem man zunächst durch die Dreifelderwirtschaft begegnete. Die gesamte Anbaufläche wurde in drei Teile geteilt; jeder dieser Teile lag ein Jahr brach, damit sich der Boden regenerieren konnte. Neben den Vorteilen der Fruchtfolge im Jahresturnus Sommergetreide, Wintergetreide und Brache eingerichtet, die sich auch auf den Nährstoffgehalt des Bodens positiv auswirkten, blieb jedoch das Problem, dass immer ein Drittel des Bodens nicht genutzt werden konnte. Nährstoffe wurden durch Einbringen von Dung aus der Viehhaltung, Humus und Streu aus den Wäldern ersetzt. Diese Form der Nährstoffanreicherung der Ackerböden war jedoch nicht immer ausreichend. Die Folge waren schlechte Ernten oder Mißernten, verursacht durch nährstoffarme Böden. Später, zwischen 1846 und 1849, kam die Entwicklung des chemischen Düngers durch die Industrie hinzu. Liebig entwickelte den wasserlöslichen Phosphatdünger, der die Ernte und somit die Nahrungsversorgung in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts deutlich verbesserte. Der englischen Agrochemikers John Bennet Lawes stellte zur gleichen Zeit aus einem Gemisch aus Knochenmehl und Schwefelsäure "Superphosphat" her, den ersten künstlichen Mineraldünger, und gründete die erste Düngemittelfabrik der Welt. 1909 entdeckte der deutsche Chemiker Fritz Haber, wie man Stickstoffdünger in Form von Ammoniaksalzen herstellen konnte. Das vom Chemiker Karl Bosch weiterentwickelte Haber-Bosch-Verfahren erlaubte ab 1913 die Massenproduktion von Ammoniak aus Luftstickstoff und Wasserstoff. Mit Hilfe des Kunstdüngereinsatzes konnten die Böden auf bequeme Weise wieder mit Nährstoffen aufgefüllt werden. Die Entwicklung des Düngereinsatzes insgesamt und pro Hektar Ackerfläche sollen daher in Form von Zeitreihen nachgezeichnet werden.


Die Tierhaltung:
Erwirtschaftete Überschüsse aus dem Ackerbau ermöglichen die landwirtschaftliche Tierhaltung. Die Einführung der Hackfrüchte (Kartoffeln und Rüben) und die Stallfütterung waren in diesem Zusammenhang fördernde Faktoren für die Tieraufzucht. Vor allem die Schweinehaltung hat zunächst für die Fleischproduktion in der deutschen Landwirtschaft eine zentrale Rolle eingenommen. Da Milch und Butter leicht verderbliche Nahrungsmittel darstellten, hatte die Herstellung dieser Produkte zunächst insbesondere in den abgelegeneren Regionen ein geringeres Gewicht. Neben Pferden und Rindern spielten in der Tierhaltung auch kleinerer Tierrassen wie z.B. Ziegen für die Produktion von Milch oder Schafe für die Wollproduktion eine bedeutende Rolle. Auf der anderen Seite waren Tiere wichtige Arbeitskräfte auf dem Hof. Pferde und Ochsen nahmen somit eine zentrale Aufgabe wahr, die im Verlauf der landwirtschaftlichen Mechanisierung an Relevanz verlor. Die Bedeutung der einzelnen Tierarten, die in der Landwirtschaft genutzt werden, hat sich im Verlauf der Zeit verändert. Aus diesen Gründen soll die Entwicklung der Tierhaltung in der Landwirtschaft anhand von langen Zeitreihen sowohl zu der Anzahl der Betriebe mit Tierhaltung als auch zu den Beständen der einzelnen Tierarten dargestellt werden.


Herstellung tierischer Produkte und Fleischerzeugung:
Mit fortschreitender Urbanisierung und Industrialisierung sowie einem weiteren Bevölkerungswachstum steigt die Nachfrage nach pflanzlichen Nahrungsmitteln sowie nach Nahrungsmitteln aus der Tierhaltung, wie z.B. Milch und Fleisch. Die Vergrößerung der Anbauflächen, die Verbesserung der Bodenbearbeitung sowie die verbesserte Tieraufzucht inklusive einer gehaltvollen Tierfütterung ermöglichten eine erhebliche Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion auch auf dem Gebiet der Milch-, Butter- und Fleischerzeugung, so dass dieses veränderte Nachfrageverhalten befriedigt werden konnte. Die Steigerung der tierischen Produktion wurde durch einen Anstieg der Tierbestände sowie durch einen Anstieg der Leistungen pro Tier (z.B. der Menge Milch pro Kuh, aber auch die Anzahl geschlachteter Tiere) erreicht. Lange Zeitreihen zur Milch- und Fleischherstellung können zeigen, wie sich die Produktion auf diesen Gebieten entwickelt hat.


Fischerei:
Mit Fischerei bezeichnet man die Wirtschaftszweige, die sich mit dem Fangen oder Züchten von Fischen und anderen Wassertieren zur Nahrungsgewinnung und Weiterverarbeitung beschäftigen. Die Fischerei zählt zum primären Wirtschaftssektor, zu dem auch die Landwirtschaft gehört. Sie teilt sich auf in Binnen- und Seefischerei.
Die Seefischerei konzentriert sich auf den Fang von Heringen, von Kabeljau und anderen Fischen der Dorschfamilie. Wirtschaftlich sehr wichtig sind auch der Fang von Makrelen und Thunfischen (vergl. http://de.wikipedia.org/wiki/Fischerei).
Das Meer und die Fischerei haben für die Menschen an der Küste schon immer eine bedeutende Rolle gespielt. Bis heute bilden die Fischfänge durch die Fischerei einen wesentlichen Bestandteil der Nahrungsgrundlage nicht nur für die an der Küste lebenden Bevölkerung, sondern mittlerweile auch für die im Landesinneren ansässige Bevölkerung. "Entsprechend der Vielfältigkeit der Fangobjekte, der Fangmethoden, der Fahrzeugtypen und der Abgrenzung der Fanggebiete wird die Seefischerei in vier verschiedene Kategorien unterteilt, und zwar in die Große Hochseefischerei, die Große Heringsfischerei, die Kleine Hochseefischerei und die Küstenfischerei. Die beiden letztgenannten Betriebsformen werden auch häufig unter dem Begriff Kutterfischerei zusammengefaßt" (Universität Stuttgart, Institut für Geographie, Exkursion und Regionales Seminar. Fischfang und Fischwirtschaft S. 3. http://www.geographie.uni-stuttgart.de/exkursionsseiten/Nwd2001/Themen_pdf/Fischfang.pdf )
Daher werden zum Abschluß des Kapitels 'Landwirtschaft' Zeitreihen zu den Fangmengen nach den vier genannten Betriebsformen zusammengestellt. Hierbei wird nur die Anlandung, also der Teil des Fangs wiedergegeben, der an Land gebracht wird und tatsächlich für den Verzehr zur Verfügung steht.

Datentabellen in histat (Thema: Landwirtschaft):
• A Betriebsgrößen, wirtschaftliche und landwirtschaftliche Nutzflächen
- A01: Landwirtschaftliche Nutzfläche nach Betriebsgrößen, Besitzverhältnisse unberücksichtigt (1871-2010)
- A.02: Wirtschaftsfläche nach Hauptnutzungs- und Kulturarten (1871-2010)
• B Pflanzliche Produktion
- B.01: Anbauflächen wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.02: Erntemengen wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.03: Ertrag je Hetkar wichtiger Fruchtarten (1871-2010)
- B.04: Obstbäume und Weinernte (1871-2010)
- B.05: Duengemittel (1871-2010)
• C Tierhaltung und Gewinnung tierischer Erzeugnisse
- C.01: Landwirtschaftliche Betriebe nach Tierarten auf ihrem Hof/Gut (1871-2010)
- C.02: Tierbestand nach Tierarten (1871-2010)
- C.03: Milcherzeugung und -verwendung (1871-2010)
- C.04: Schlachtungen und Fleischgewinnung (1871-2010)
• D Hochsee- und Küstenfischerei
- D.01: Anlandungen der Hochsee- und Küstenfischerei (1871-2010)

Der Anbau von Gemüse in urbanen Gebieten stellt eine nachhaltige Strategie zur Nahrungsmittelsicherheit dar. Obwohl Gemüseanbau oft als Überlebensstrategie armer Bevölkerungsgruppen betrachtet wird, praktizieren ihn städtische Bewohner aller Einkommensschichten. Angesichts wachsender Bevölkerungszahlen in den Städten und steigender Armut wird der Anbau von Nahrungsmitteln zu einem entscheidenden Faktor der Existenzgrundlage, auch wenn er in vielen Entwicklungsländern – so auch in Ghana – offiziell untersagt ist. Im städtischen Großraum Tamale, im Norden Ghanas, wird Gemüseanbau durch Landknappheit, unklare Besitzverhältnisse und Wassermangel beeinträchtigt. Farmer weichen deshalb auf Flächen entlang temporärer Bachläufe, Abwasserkanäle, Erdlöcher, Brunnen, kaputter Abflussrohre und Rückhaltebecken aus. Urbanisierung und steigende Marktwerte für Land sowie unregulierte Grundstücksmärkte haben zu einem Anstieg an Landverkäufen in urbanen und peri-urbanen Gebieten geführt. Dabei konkurriert urbane Landwirtschaft mit anderen – ökonomisch gewinnträchtigeren – Formen der Landnutzung, wie beispielsweise der Industrie und des Wohnungsbaus. Für die Farmer besteht das größte Problem des rasanten urbanen Wachstums in den sich verändernden Landnutzungsmustern. Diese haben nicht nur zu einer Verringerung primärer Ackerflächen geführt, sondern auch zu geringerer landwirtschaftlicher Produktivität, einem niedrigen Lebensstandard und Nahrungsmittelunsicherheit. Die Situation im städtischen Großraum Tamale und den umliegenden Gebieten bildet diese Veränderungen besonders eindrücklich ab. Die vorliegende Arbeit analysiert die sozio-politische Konfiguration, die Ressourcenflüsse in Aktivitäten der urbanen Landwirtschaft, verstanden als Produktion und Vermarktung landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Produkte, kanalisiert. Sie untersucht, wie die Farmer diesen Prozess durch verschiedene Governance-Systeme in ihren jeweiligen sozio-ökonomischen Umgebungen bewältigen und es notwendig machen, verschiedene Technologien in unterschiedlichem Maße zu bewerten und einzusetzen. Nach einer allgemeinen Stichprobenumfrage in Kombination mit einem Participatory-Appraisal-Ansatz zur Feststellung der spezifischen Eigenschaften des urbanen und peri-urbanen landwirtschaftlichen Systems, habe ich ein Mixed-Method-Design für meine Studie angewandt. Mit Hilfe des Global Positioning Systems (GPS) erfasste ich quantitative räumliche Daten aller freistehenden Anbauflächen. Mit einer unbemannten Drohne wurde eine Luftbildvermessung durchgeführt und mit der ArcGIS Software kartiert. Zusätzlich habe ich Google Earth-Aufnahmen mit Erinnerungen von Farmern trianguliert. Qualitative Daten erhob ich durch Gruppendiskussionen, mit Hilfe teilnehmender Fotografie, in Interviews und durch teilnehmende Beobachtung. Die Forschung fand zwischen Oktober 2013 und Februar 2015 statt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die landwirtschaftlich genutzte Fläche in Tamale und Umgebung zwischen 2008 und 2014 trotz gleichzeitiger Entstehung neuer Gemüsefelder an den Stadträndern um 8,3 % verringerte. Obwohl die landwirtschaftlichen Flächen weniger werden, ist Gemüseanbau kein temporäres Phänomen. Der Gemüseanbau hat eine außergewöhnliche Resistenz gegen verschiedene Widerstände bewiesen und ohne externe Initiative oder Unterstützung eine Nische eingenommen. Er profitiert dabei von seiner Nähe zum Markt, der hohen Nachfrage nach schnell verderblichen Produkten und den fehlenden Möglichkeiten, Waren gekühlt zu transportieren. Obwohl Farmer immer wieder ihren Standort wechseln, sind andere Freiflächen – oftmals diejenigen, die als Bauland ungeeignet sind – das gesamte letzte Jahrhundert hindurch landwirtschaftlich genutzt worden. Die Studie zeigt, dass Konflikte zwischen traditionellen- und Regierungsinstitutionen um Landbesitz und -management die Nahrungsmittelsicherheit nicht nur gefährden, sondern gleichzeitig auch zu innovativen städtischen Versorgungsstrukturen führen. Im Zusammenspiel aus freundschaftlichen Beziehungen und Netzwerken zwischen Farmern und anderen Akteuren sind innovative Strategien hervorgegangen. Beispielsweise werden Überflutungsgebiete oder öffentliche Grünanlagen kultiviert, die weder von Chiefs verkauft noch von der Regierung bebaut werden können. Auch erschließen sich die Akteure den Kontakt zu Nichtregierungsorganisationen, die in der urbanen Landwirtschaft eine Überlebensstrategie und eine zukunftsfähige Alternative zur Herstellung von Nahrungsmittelsicherheit sehen und die Gemüsegärtner folglich unterstützen. Komplexe sozio-politische Realitäten wie der Mangel an verlässlichen legalen Rahmenbedingungen für städtischen Anbau führen durch unterschiedliche Landmanagementsysteme zu Konflikten zwischen "traditionellen" und staatlichen Institutionen. Akteure in diesen Konflikten sind Chieftaincy-Institutionen, die Landkommission, das Administrative Office of Stool Lands, sowie die Stadt- und Landschaftsplanungsbehörde. In ihrem Zusammenspiel kreieren diese Institutionen Räume, in denen Ressourcenzugang und –kontrolle in Form historischer Zugänge, öffentlicher Diskurse und Technologien immer wieder neu geformt werden. Zum Beispiel instrumentalisieren Farmer historische Erzählungen oder eignen sich Entwicklungsdiskurse an, um Landzugang einzufordern. Chiefs hingegen schöpfen ihre Autorität aus öffentlichen Diskursen, die sie als gewohnheitsmäßige Landeigentümer legitimieren. Sie beziehen sich darüber hinaus auf die Verfassung aus dem Jahr 1992, die Chiefs mit Machtressourcen ausstattet, indem sie ihnen erlaubt, Landfragen direkt zu klären sowie enteignetes Land an die Besitzer zurückzugeben, sofern die Regierung es nicht mehr benötigt. Um ihre Ansprüche auf Land geltend zu machen, errichten Farmer hingegen Umzäunungen, entfernen territoriale Markierungspfosten und zapfen Wasserleitungen an. Nichtregierungsorganisationen unterstützen die Farmer, indem sie ihnen Zugang zu Technologien wie solarbetriebene Bewässerung, Treibhäuser und verbessertes Saatgut ermöglichen. Der Zugang von Frauen zu landwirtschaftlich nutzbarem Land in einer mehrheitlich männlichen dominierten Produktionsweise wird erschwert durch eine permanente Rekonstruktion von Tradition, die eine männliche Herrschaft in Landangelegenheiten reklamiert. Dennoch verfügen Frauen über eine Vielzahl flexibler Strategien, um sich trotz Knappheit Zugang zu Land zu verschaffen und ihrer Rolle in der Versorgung des Haushalts nachzukommen. An Bewässerungsstandorten, die von Regierungsbehörden kontrolliert und verwaltet werden, wurden Bewirtschaftungspraktiken zur Unterstützung von Frauen eingeführt, die es den Frauen ermöglichen, direkten Landzugang zu erhalten, anstatt wie gewohnheitsrechtlich Zugang zu Land ausschließlich über ihre Ehemänner zu erhalten. Hierdurch ergaben sich Veränderungen in den Besitzverhältnissen der Frauen gegenüber Land. Landbesitz von Frauen in der Umgebung von Bewässerungsstandorten stellt ein bislang ungeschildertes Phänomen in der Literatur über Gender und Ressourcenzugang in Ghana und in Afrika im Allgemeinen dar. Die theoretischen Implikationen der Studie beziehen sich auf die Erkenntnis, dass Farmer Akteure sind, die überlegte Entscheidungen zwischen unterschiedlichen ihnen zur Verfügung stehenden Governance-Systemen treffen, um ihre Interessen bestmöglich durchzusetzen. Indem sie beispielsweise innerhalb ihres Netzwerks aus diversen Unterstützern wie Nichtregierungsorganisationen, Chiefs und Regierungsbehören manövrieren, verhandeln sie effektiv den Zugang zu und die Kontrolle über Ressourcen. Auch nutzen Farmer diverse Foren wie zum Beispiel Versammlungen und Gerichtsverhandlungen, um ihre Ansprüche durchzusetzen und zu rechtfertigen und um bestehende Governance-Stukturen zu hinterfragen. Sie ignorieren administrative Vorgaben oder umgehen sie, um wiederum diejenigen Governance-Systeme zu stabilisieren, mit denen sie sich verbündet haben. Im Prozess des Entscheidens für ein bestimmtes Governance-System und damit gegen ein anderes, entsteht ein neues Governance-System. In einigen Fällen werden mehrere Governance-Systeme miteinander verknüpft, so dass neue, an die Interessen des jeweiligen Akteurs angepasste hybride Systeme entstehen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Interaktionen zwischen Akteuren nicht nur Szenarien von Kooperation und Konflikt darstellen, sondern darüber hinaus auch Prozesse der gegenseitigen Gestaltung und der Ko-Konstruktion von Governance-Systemen sind. Diese spielen eine entscheidende Rolle dafür, wie Gender, Landknappheit und Nahrungsmittelsicherheit mit dem Zugang zu und der Kontrolle von Ressourcen in urbanen und peri-urbanen Gebieten interagieren. Die auf Grundlage dieser Ergebnisse formulierte Empfehlung lautet, dass Stadtplanungspolitiken das Phänomen der urbanen Landwirtschaft integrieren müssen, wenn städtische Armut verringert und Nahrungsmittelsicherheit gewährleistet werden soll. Überflutungsgebiete oder Grünflächen sollten Farmern legal und transparent im Hinblick auf die Zuteilungsmechanismen zur Verfügung gestellt werden. Neue Formen von städtischer Landwirtschaft wie Gemüseanbau in Säcken oder andere innovative Methoden, die der sozialen Realität der Stadtbewohner angepasst sind, sollten eingeführt und die Kapazitäten der Farmer gestärkt werden, sich diese anzueignen. Schlagwörter: Gemüseproduktion, Technologie, Ressourcen, Beziehungen, Legitimität, Zugang, Governance ; Vegetable farming in Ghana`s urban areas is mostly a sustainable livelihood strategy. Alt-hough it is considered a means of survival for the poor, vegetable farming is practiced by urban dwellers across the income spectrum. As poverty and urban population increase, so is the need to supplement income with privately cultivated foodstuff. In Ghana's Northern Regional capital of Tamale, vegetable farming is constrained by a number of factors including land availability, land tenure security, and access to water. As a result, many vegetable farmers have resorted to cultivating lands along streams and canals, dugouts, wells, broken sewers, and reservoirs. The scarcity of land for vegetable farming in the urban and peri-urban areas of Ghana is as the result of competition. Farming competes with other land use forms such as industry and housing, both of which attract higher economic rents. The most serious threat to farmers posed by urbanization is the changing land use pattern. Changes in land use have resulted in less availability of prime agricultural land for farming which has lowered agricultural production, food security, and standard of living. Such is the situation in the Tamale metropolitan area and its surroundings in Ghana's Northern Region. This study analyzes the socio-political process by which resource flows are directed towards the production and selling of vegetables in Ghana`s urban areas. It examines how this process is managed by farmers through different governance systems in diverse socio-economic environments which prompt them to value the different technologies differently. I employed a mixed-method approach for this study after a general random sampled survey, and a participatory appraisal was conducted to characterize the urban and peri-urban agricultural system. I collected quantitative spatial data by measuring all open space cultivated areas with a Global Positioning Systems (GPS). Aerial maps were obtained with an Un-manned Aerial Vehicle (UAV) and mapped with ArcGIS software. Images from Google Earth maps triangulated farmers' recollection. Qualitative data were collected using focus group discussions, participatory photography, interviews and participant observation. This study was carried out between October 2013 and February 2015. Results reveal that the area of cultivated farmlands has decreased by 8.3% between 2008 and 2014, even as new vegetable sites emerged in the peri-urban fringes. Even though these farming areas are reducing, vegetable farming is not a temporary phenomenon. It has shown a remarkable resistance against various constraints and maintains a niche without external initiative or support as it takes advantage of market proximity, the high demand for perishable cash crops and the typical lack of refrigerated transport. Although farmers change their location over time, other open areas - usually those unsuited for construction - have been under continuous cropping for the past century. This study found that conflict between traditional and government institutions over land ownership and management has inadvertently led to innovative provisioning in vegetable production in the city, even though it has simultaneously threatened its contribution to food and nutritional security. Innovative strategies for continual vegetable production have emerged as a result of cordial relationships and networks that have developed between farmers and other actors. For example, farmers cultivate public green zones and floodplains which cannot legally be sold by chiefs nor used to construct government buildings. Farmers are also building alliances with Non-Governmental Organizations (NGO) that see urban agriculture as a viable activity and survival strategy for urban and peri-urban dwellers to maintain agricultural activity. Furthermore, the lack of a legal framework for urban farming in the Tamale area has led to conflicts between traditional and state institutions with implications for land tenure management systems. The conflict is often between the various chieftaincy institutions, the Lands Commission, the Administrative Office of Stool Lands, and the Town and Country Planning Department. Claim to land and other resources is made through historical recollections, public discourses, and technology. For example, farmers use stories from past events to legitimise their claims over land or restructure development discourses while chiefs rely on public discussions and discourses which support their rights as customary landowners to lay claim to lands. Chiefs also make use of the statutory laws and the 1992 Constitution which empowers the chieftaincy institution and puts within its jurisdiction lands not claimed by the government. To circumvent boundaries created by chiefs and others, farmers employ technologies such as fencing and pipe-borne water connections systems. Their efforts are supplemented by non-governmental organizations who furnish them with equipment such as solar-powered irrigation facilities, greenhouses, and improved seeds in order to boost their production. Moreover, women's access to farmland has always been hampered by the reconstruction of traditions that support male dominance in land affairs. However, some recent policy developments have renegotiated the condition of access to farmlands in favour of women. For instance, the introduction of gender-sensitive agricultural practices on government irrigation sites has resulted in the allocation of plots of land directly to women as opposed to through their male relatives as it was previously done. This has revolutionised the traditional gender roles in agriculture and has empowered women through primary land ownership. Women's ownership of land on irrigation sites is a novel finding that contributes to the broader literature on gender and resource access in Ghana and Africa. The theoretical implication of this study is that farmers' choice of, or relationship to, various local, national, and international actors is not foreordained but is instead based, to a large extent, on pragmatism. For example, by shifting alliances between non-governmental organisations and the government or supreme chiefs, they facilitate cooperation and possible negotiation for access and control over resources in their interests. Farmers also use multiple forums like meetings and courts to be able to gain legitimacy and challenge existing governance systems. Actors sometimes ignore or employ distinct strands of governance or undermine them to achieve their aims. These challenges are often used to gain legitimacy for the governance systems they are allied with. In the process of choosing one governance system over another, a new governance system comes into being. In other cases, combinations of different governance systems are forced to construct new hybrid systems tailored to an actor's interest. To conclude, the interplay between the various actors (farmers, traditional chiefs, government and non-governmental agencies) is not always a simple case of cooperation or conflict. Instead, it is a malleable process of mutual reshaping and co-construction of the governance systems which reconfigure gender roles, improve access to scarce lands, and increase food security. It is my strong recommendation that urban planning policy makers integrate agriculture into the larger discourse about poverty reduction and the alleviation of food insecurity. Green zones and flood-prone government lands in the urban areas which are currently been wasted should be allocated to farmers for food cultivation. This, however, must come with clearly defined mandates and guidelines that err on the side of transparency in land allocation and ownership. Innovative methods such as the farming of vegetables in sacks and other locally suitable means of maximizing production should be introduced alongside the strengthening of farmers' capacity to adopt those means.

Es wird versucht, auch mithilfe der Analyse von Megatrends, die Entwicklungen im Nahen Osten vorherzusagen, die uns im besten oder schlimmsten Fall erwarten könnten, und Auskunft darüber gegeben, wer den Werdegang beeinflussen könnte und vor allem wie. (APuZ)

The ongoing urbanization process all around the globe is likely to increase transport-related negative externalities e.g., congestion, air pollution, climate change etc. The situation is severe in rapidly expanding cities where the demand for motorized transport is increasing. This has increased the pressure on the policy makers to devise policies to tackle the problem. Derived from the urbanization process, this thesis considers following objectives. 1. Investigation of the policy measures in a simulation framework a) to abate the transport negative externalities while considering the inter-relationship between different externalities and b) to achieve the politically motivated goals. 2. Development of a computationally efficient model to simulated heterogeneous traffic conditions. With the first objectives, the idea is to investigate the policy measures in the context of industrialized nations; this is addressed in the first part of the thesis. In a simulation environment, marginal social cost pricing allows to correct for the inefficiencies due to exclusion of external costs from behavioral decision making process and to derive real-world policy recommendations. The first part investigates and compares the effect of congestion pricing on emissions levels and the effect of emission pricing on congestion levels while considering heterogeneity in the individual attributes and choice behavior. Derived from the inter-relationship between the two externalities, a joint internalization of vehicular congestion and emissions is proposed. It is applied to a real-world scenario of the Munich metropolitan area in Germany. It is found that the joint internalization moves the car transport system towards the optimum, measured by a strong decrease of congestion and emission costs. In this context, it has been shown for analytical models considering more than one externality, that the correlation between the externalities needs to be taken into account. Typically, in order to avoid overpricing, this is performed by introducing correction factors which capture the correlation effect. However, the correlation structure between, say, emission and congestion externalities changes for every congested facility over time of day. Additionally, the possible efficiency gains highly depend on the implicit price elasticity of demand, which again, depends on the availability of substitutes to car travel. For the Munich case study, it is shown that the iterative calculation of prices based on cost estimates from the literature allows to identify the amplitude of the correlation between the two externalities under consideration. Further, at the disaggregated level, the results show that pricing emissions moves individuals to shorter distance routes, whereas pricing congestion pushes towards longer distance routes. That is, despite the correlation between the two externalities, isolated pricing strategies influence route choice behavior by tendency into opposite directions. In real-world politics, policy setting often follows so-called 'backcasting' approaches where predefined goals are set, and policy measures are implemented to reach those goals. The first part also presents an parametric approach to identify the gap between toll levels derived from environmental damage cost internalization and toll levels to achieve the political goal of 20% reduction in GHG emissions of transport sector until 2020 with respect to 1990 levels. For this purpose, the damage costs internalization is applied to the scenario of Munich metropolitan area again and shown that the desired reduction in CO2 emissions is not reached. Further application of the parametric internalization approach with damage cost estimates from the literature yields toll levels that are by a factor of 5 too low in order to reach the predefined goal. When aiming at emission costs reductions of 20%, the damage cost estimates are even by a factor of 10 too low. It is shown that the major contribution to the overall emission reduction stems from behavioral changes of (reverse) commuters rather than from urban travelers; under some circumstances, the latter even increase their CO2 emission levels. An economic assessment indicates that a toll equivalent to 5 times of the toll from the damage cost internalization approach increases the system welfare 6 times. The second part treats the second objective mainly in the context of the industrializing nations where mixed traffic conditions prevail. In such conditions, it becomes necessary to develop a heterogeneous traffic flow model to include all vehicle classes while keeping the model equally computationally efficient. In this direction, the second part proposes a fast Spatial Queue Model (SQM) to produce realistic flow dynamics by introducing backward traveling holes for mixed traffic conditions. In the proposed approach, the space freed by a leaving vehicle on the downstream end of the link is not available immediately to the following vehicle, rather depends on the speed of backward traveling holes. This results in triangular Fundamental Diagrams (FDs) for traffic flow such that the slope of the left branch is approximately equal to the minimum of the vehicle speed and link speed whereas the slope of the right branch is approximately equal to the speed of the backward traveling holes. With the help of FDs from the simulation of several vehicle classes, it is demonstrated that as the maximum speed of the vehicle class decreases, the density at which the maximum flow is achieved, increases and the maximum flow decreases. In a similar direction, the second part also introduces the seepage link dynamics to the SQM. The seepage is predominately common on the urban streets of most of the industrializing nations. In this model, due to higher maneuverability and smaller size, smaller vehicles (e.g., bicycle, motorbike) move continuously across the gaps between the stationary or almost stationary vehicles and come in front of the queue to leave prior to other queued vehicles. The FDs from simulation of equal modal split of car and bicycle show that the flow characteristics of bicycle is marginally affected by the presence of cars but on the contrary, the flow characteristics of the car is significantly affected by the presence of bicycles. Further, it has been shown that in a traffic stream, seepage is more effective for faster seep mode (e.g., motorbike) than slower seep mode (e.g., bicycle). Finally, in the second part, a comparison of the computational performances from the simulations using various traffic and link dynamics of the queue model is presented. An additional data structure to maintain the backward traveling holes, increases the average simulation time marginally for all three sample sizes (1%, 10%, 100%). However, the look up for seep mode on every link of the network is appeared to be resource intensive with respect to the other link dynamics of the queue model. The rate of increase in the average simulation time using the seepage link dynamics for different sample sizes is significantly higher than the rate of increase in the average simulation time of other link dynamics of the queue model. The third part integrates the two objectives and presents a real-world scenario of Patna, India with a goal of reduction in emissions externality towards sustainable transport. This part exhibits the steps for demand generation and calibration of the scenario. The urban demand is generated using the trip diaries whereas the external demand is generated using hourly trip counts. For the latter, Cadyts is extended to mixed traffic conditions. To include the diverse income effects in the behavioral decision making process of the individual, the individual income is included in the scoring function. The scenario is calibrated to evaluate the Alternative (mode) specific constants (ASCs) for different modes. The calibrated scenario is used for policy testing. Based on the traffic characteristics and composition, a bicycle superhighway is proposed along the existing railway line. An iterative process is proposed to identify the optimum locations of the connectors between bicycle superhighway and existing network. A whatif policy measure is considered in which motorbike is also allowed on the bicycle superhighway. Both policy measures increase the share of the bicycle significantly. To estimate the emissions for the two policy measures, the Emission Modeling Tool (EMT) is extended to mixed traffic conditions. It is shown that if only bicycle is allowed on the bicycle superhighway, significant reduction in emissions are observed in the inner city. However, as soon as the motorbike is also allowed on it, significant increase in the emissions are observed along the bicycle superhighway in the inner city of Patna which emphasizes the need of enforcements to stop motorbikes on the bicycle superhighway. With this, the third part demonstrates that significant reduction in emissions can be obtained in the situations where a pricing measure is difficult to implement. To summarize, this thesis focuses on the evaluation of policy measures in a simulation framework to extract the valuable information for the policy makers to tackle the problem of negative transport externality in the industrialized nations as well as industrializing nations. For the latter, this thesis also extends a computationally efficient traffic flow model to simulate the heterogeneous traffic conditions. Finally, with several case studies, the thesis shows the scope of devising policy recommendations based on the scenario specifications. ; Es ist anzunehmen, dass die aktuell stattfindende globale Urbanisierung negative externe Effekte des Verkehrssektors wie z.B. Stau, Luftverschmutzung sowie den Klimawandel verstärkt. Die Situation ist besonders schwerwiegend in aktuell stark wachsenden Städten, in denen auch die Verkehrsnachfrage steigt. Somit steigt der Druck auf politische Entscheidungsträger Maßnahmen zu ergreifen, um den genannten Problemen entgegenzuwirken. Ausgehend von diesem Spannungsfeld, verfolgt die vorliegende Dissertation folgende Ziele: 1. Die Untersuchung von Maßnahmen in einem Simulationsmodell a) zur Verringerung der negativen externen Effekte unter Berücksichtigung der gegenseitigen Abhängigkeiten der verschiedenen externen Effekte sowie b) zum Erreichen politisch motivierter Ziele. 2. Entwicklung eines laufzeiteffizienten Modells zur Simulation heterogener Verkehrsbedingungen. In Bezug auf das erste Ziel, werden zunächst Maßnahmen im Kontext industrialisierter Länder untersucht; dies stellt den ersten Teil der Dissertation dar. Hierfür wird ein Simulationsmodell verwendet, in welchem eine Bepreisung auf Basis marginaler sozialer Kosten eine Korrektur der Ineffizienzen, die aufgrund der Nichtberücksichtigung von externen Kosten in Entscheidungsprozessen entstehen, ermöglicht und somit die Ableitung von Maßnahmenempfehlungen erlaubt. In diesem ersten Teil der Dissertation wird die Auswirkung von Staubepreisung auf Emissionen sowie die Auswirkung von Emissionsbepreisung auf Stau untersucht und verglichen, wobei die Heterogenität in den Attributen der Individuen sowie in deren Entscheidungsverhalten in Betracht gezogen wird. Auf Basis der beiderseitigen Abhängigkeit zwischen den genannten externen Effekten, wird eine gleichzeitige Internalisierung von Stau- und Emissionseffekten vorgeschlagen. Diese Maßnahme wird in einem realistischen Simulationsszenario für die Metropolregion München angewendet. Es kann gezeigt werden, dass die vorgeschlagene gleichzeitige Internalisierung das Verkehrssystem des motorisierten Individualverkehrs in Richtung des Systemoptimums bewegt, was durch einen starken Rückgang in Stau- und Emissionskosten charakterisiert ist. In diesem Zusammenhang wurde für analytische Modelle, die mehr als einen externen Effekt betrachten, gezeigt, dass die Korrelation zwischen den externen Effekten berücksichtigt werden muss. Um eine Überbepreisung zu vermeiden, werden typischerweise Korrekturfaktoren verwendet, die den Korrelationseffekt aufgreifen. Die Korrelationsstruktur zwischen Emissions- und Stauexternalitäten ändert sich jedoch für jede bestaute Infrastruktur im Laufe des Tages. Weiterhin hängen mögliche Effizienzgewinne stark von der impliziten Preiselastizität der Nachfrage ab, welche wiederum von der Verfügbarkeit von Alternativen zur Fortbewegung mit dem Auto abhängt. Für das München-Szenario wird gezeigt, dass die iterative Berechnung von Preisen auf Basis von Kostenschätzungen aus der Literatur eine Bestimmung des Ausmaßes der Korrelation der beiden berücksichtigten externen Effekte erlaubt. In einer disaggregierten Betrachtung zeigen die Ergebnisse weiterhin, dass eine Emissionsbepreisung die Verkehrsteilnehmer dazu veranlasst kürzere Routen zu wählen, während eine Staubepreisung zur Wahl längerer Routen bewegt. Dies bedeutet, dass trotz der Korrelation beider externer Effekte, isolierte Bepreisungsstrategien das Routenwahlverhalten tendenziell in gegensätzliche Richtungen beeinflussen. In realer Politik basiert die Festlegung von Maßnahmen häufig auf sogenannten Backcasting-Ansätzen, bei denen im Voraus Ziele definiert und Maßnahmen in Kraft gesetzt werden, um diese Ziele zu erreichen. Im ersten Teil der Dissertation wir ferner ein parametrischer Ansatz vorgestellt, mit dem der Unterschied zwischen der nötigen Mauthöhe zur Internalisierung der Umweltschadenskosten und der nötigen Mauthöhe zum Erreichen des politischen Ziels einer 20-prozentigen Reduktion von Treibhausgasemissionen (GHG) des Verkehrssektors bis 2020 gegenüber dem Niveau von 1990 ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke wir die Internalisierung der Schadenskosten abermals auf das Szenario für die Metropolregion München angewendet. Es wird gezeigt, dass die gewünschte Reduktion der CO2-Emissionen nicht erreicht wird. Eine weitere Anwendung des parametrischen Internalisierungsansatzes mit Schadenskostenschätzungen aus der Literatur führt zu Mauthöhen, die um einen Faktor 5 zu niedrig sind, um das gesetzte Ziel zu erreichen. Um Reduktionen der Emissionskosten von 20% zu erreichen, sind die Schadenskostenschätzungen sogar um einen Faktor 10 zu niedrig. Es wird gezeigt, dass der Hauptbeitrag zur Emissionsreduktion eher auf Verhaltensänderungen der Auspendler als auf jenen der innerstädtischen Verkehrsteilnehmer basiert; unter bestimmten Umständen erhöht sich sogar der CO2-Ausstoß der Letzteren. Eine ökonomische Untersuchung deutet darauf hin, dass eine Maut, die dem Fünffachen der Maut auf Basis der Schadenskosteninternalisierung entspricht zu einer sechsfachen Steigerung der Wohlfahrt im Gesamtsystem führt. Im zweiten Teil der Dissertation wird das zweite Ziel (Entwicklung eines laufzeiteffizienten Modells zur Simulation heterogener Verkehrsbedingungen) hauptsächlich im Kontext von Entwicklungsländern behandelt, in denen häufig heterogene Verkehrsverhältnisse vorherrschen. Diese Bedingungen erfordern die Entwicklung eines heterogenen Verkehrsflussmodells, um alle Fahrzeugklassen einschließen zu können, während die rechentechnische Effizienz des Modells erhalten bleibt. Daher wird im zweiten Teil der Dissertation ein schnelles Spatial Queue Model (SQM) vorgestellt, mit dem realistische Verkehrsflussdynamiken durch Berücksichtigung sich rückwärtsbewegender Lücken unter heterogenen Verkehrsbedingungen produziert werden. In diesem Ansatz steht der Raum, der frei wird, wenn sich ein Fahrzeug Richtung Ende der Netzwerkkante bewegt, nicht unmittelbar für nachfolgende Fahrzeuge zur Verfügung, sondern hängt vielmehr von der Geschwindigkeit der sich rückwärts bewegenden Lücken ab. Dies führt zu dreiecksförmigen Fundamentaldiagrammen Fundamentaldiagrammen (FDs) des Verkehrsflusses, sodass die Steigung des linken Asts näherungsweise gleich dem Minimum aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Netzwerkkantengeschwindigkeit ist, während die Steigung des rechten Asts näherungsweise gleich der Geschwindigkeit der sich rückwärts bewegenden Lücke ist. Mit Hilfe der FDs der Simulation verschiedener Fahrzeugklassen wird gezeigt, dass mit abnehmender Höchstgeschwindigkeit der Fahrzeugklasse die Dichte, bei der der höchste Verkehrsfluss erreicht wird, steigt und der maximale Verkehrsfluss sinkt. Mit einem ähnlichen Ziel werden im zweiten Teil der Disseration ferner sog. Seepage Link Dynamics in das SQM integriert. Seepage (Durchschlängeln) ist ein typisches Phänomen auf urbanen Straßen in den meisten Entwicklungsländern. Seepage beschriebt das Phänomen, dass sich kleinere Fahrzeuge wie bspw. Fahrräder oder Motorräder aufgrund ihrer höheren Manövrierbarkeit und ihrer geringeren Größe kontinuierlich durch die Lücken zwischen stehenden oder fast stehenden anderen Fahrzeugen bewegen und somit zum Ende der Warteschlange vorrücken und diese vor den anderen Fahrzeugen verlassen. Die FDs von Simulationen mit gleichem Modal Split von Autos und Fahrrädern zeigen, dass die Flusseigenschaften der Fahrräder nur marginal durch das Vorhandensein von Autos beeinflusst werden, während die Flusseigenschaften von Autos signifikant durch das Vorhandensein von Fahrrädern beeinflusst werden. Weiterhin wurde für einen Verkehrsstrom gezeigt, dass Seepage effizienter für schnellere Verkehrsmittel wie z.B. Motorräder ist als für langsamere. Schließlich wird im zweiten Teil der Dissertation ein Vergleich der rechentechnischen Performanz aus verschiedenen Simulationen, in denen die unterschiedlichen Verkehrs- und Kantendynamiken des Queue-Modells verwendet werden, gezogen. Die zusätzliche Datenstruktur zur Behandlung der sich rückwärts bewegenden Lücken erhöht die durchschnittliche Simulationszeit nur marginal in allen drei verwendeten Simulationssamples (1%, 10%, 100%). Die nötigen Zwischenspeicherung zur Berücksichtigung von sich durchschlängelnden Fahrzeugen auf den einzelnen Kanten (Seepage) hingegen stellt sich als ressourcenintensiv im Vergleich zu den sonstigen Kantendynamiken des Queue-Modells dar. Die Steigerungsrate der durchschnittlichen Simulationszeit bei Berücksichtigung von Seepage Link Dynamics ist signifikant höher als die Steigerungsraten der durchschnittlichen Simulationszeit der anderen Linkdynamiken des Queue-Modells. Im dritten Teil der Dissertation werden die beiden Ziele zusammengeführt und anhand eines realistischen Simulationsszenarios für Patna in Indien veranschaulicht mit dem Ziel externe Effekte durch Emissionen zu reduzieren und ein nachhaltiges Verkehrssystem zu erreichen. In diesem Teil der Dissertation werden die Schritte zur Generierung der Verkehrsnachfrage sowie zur Kalibrierung des Szenarios dargelegt. Die städtische Verkehrsnachfrage wird auf Basis von Reisetagebüchern erstellt, während der Pendlerverkehr auf Basis stündlicher Verkehrszählungen generiert wird. Für Zweiteres wird das Kalibrierungstool Calibration od dynamic traffic assignments (Cadyts) zur Berücksichtigung heterogener Verkehrsbedingungen angepasst. Um unterschiedliche Einkommenseffekte in den verhaltensbasierten Entscheidungsprozess der Verkehrsteilnehmer einzubeziehen, wird das individuelle Einkommen in die Bewertungsfunktion integriert. Das Szenario wird kalibriert, um die alternativenspezifische (verkehrsmittelspezifische) Konstante Alternative (mode) specific constants (ASCs) für verschiedenen Verkehrsmittel auszuwerten. Das kalibrierte Szenario wird zur Maßnahmenuntersuchung verwendet. Ausgehend von den Charakteristika des Verkehrsgeschehens und der Zusammensetzung der Verkehrsmittel, wird ein Fahrradschnellweg (Bicycle Superhighway) entlang einer existierenden Eisenbahnlinie vorgeschlagen. Ein iterativer Prozess wird verwendet, um die optimalen Orte für Verbindungen zwischen dem Fahrradschnellweg und der existierenden Infrastruktur zu bestimmen. Dies wird mit einem Alternativszenario, in dem auch Motorräder auf dem Fahrradschnellweg zugelassen sind, verglichen. Beide Maßnahmen tragen zu einer signifikanten Erhöhung des Fahrradanteils bei. Um die Emissionen unter beiden Maßnahmen abzuschätzen wird das Emission Modeling Tool (EMT) für heterogenen Verkehrsbedingungen erweitert. Es wird gezeigt, dass signifikante Reduktionen der Emissionen in der Innenstadt zu verzeichnen sind, falls Fahrräder als einziges Verkehrsmittel auf den Fahrradschnellwegen erlaubt sind. Sobald jedoch auch Motorräder auf dem Fahrradschnellweg zugelassen werden, ist ein signifikanter Anstieg der Emissionen entlang des Fahrradschnellwegen in der Innenstadt von Patna zu beobachten, was die Notwendigkeit solche Verkehrsmittel von Fahrradschnellwegen zu verbannen verdeutlicht. Hierdurch wird im dritten Teil der Dissertation gezeigt, dass signifikante Emissionsreduktionen auch unter Bedingungen, in denen die Umsetzung von Bepreisungsmaßnahmen schwierig ist, erreicht werden können. Zusammenfassend liegt der Schwerpunkt dieser Dissertation auf der Bewertung von Bepreisungsmaßnahmen mittels eines Simulationsmodells mit dem Ziel nützliche Informationen für Entscheidungsträger abzuleiten, die geeignet sind, um negativen externen Effekten des Verkehrs sowohl in Industrie- als auch Entwicklungsländern entgegenzuwirken. Für letztere wird in dieser Arbeit ein effizientes Verkehrsflussmodell zur Simulation heterogener Verkehrsbedingungen vorgestellt. Schließlich wird in mehreren Fallstudien das Spektrum möglicher Maßnahmen auf Basis verschiedener Szenarien gezeigt.

The current pressure on water resources is such, that water scarcity is now an important issue in regions with abundant water resources like the Tropics. These regions are characterized by high precipitation rates almost all year long. This results in a relatively large availability of water resources. However, these water resources are not always equally distributed in time or space, which causes periods and puts areas under water stress in tropical regions. Added to this is the challenge related to the access to these water resources, resulting in a reduced availability in general terms. Costa Rica is a clear example of a country in the Tropical regions, where water scarcity is, actually, on the top of the water agenda. Costa Rica is in the torrid tropical region in Central America, yet it experiences periods of shortage in its available water resources at the end of the dry season. This affects all water sectors, specially agriculture and drinking water supply systems. This situation has been magnified by global change, with a greater demand of resources from population growth, impermeabilization of recharge areas due to urbanization, and reduction of resources due to climate change. To adapt to the situation, it is necessary to conduct an evaluation of suitable water management tools for the country's environmental conditions in a systematic way. This work focuses on one of these tools: managed aquifer recharge (MAR) MAR techniques are a promising approach to address the defined problems, by storing the excess of available water resources during the rainy season in suitable aquifer systems for later use during the dry season. MAR techniques present certain advantages compared to surface storage: less losses through evaporation, less demand of superficial area, among others. In order to determine if MAR techniques are suitable for Costa Rica and will help overcome the temporary water scarcity challenge, three main topics at different scale are investigated. First, at a country scale, the search of suitable areas for specific MAR techniques within the country is carried out based on physical criteria. Second, at a research scale, it is reduced to a basin level. For this case, the assessment of a MAR project based on the first stage of the Australian MAR guidelines is done. This consists of a checklist of five critical elements, which constitutes the base for the assessment of a MAR project. Third, the research is taken into a laboratory scale, where the research focuses on an injection well in an unconfined aquifer system. For the first topic, suitable areas for the implementation of MAR technique spreading methods are identified in Costa Rica by conducting a geographical information science-multi-criteria decision analysis (GIS-MCDA) approach. This is based on four criteria: hydrogeological geoaptitude, terrain slope, top soil texture, and drainage network density. By carrying out a GIS-MCDA, the country is classified into suitable and unsuitable. Based on this method, 61 % of the country is suitable for spreading methods. Among the higher ranked suitable areas are the ones located in the northern and northwest regions. The ranking of the country based on spreading methods by means of a GIS-MCDA method is a first course of action to determine where further research is needed. In the second research level, the feasibility of a MAR project was assessed in the Machuca River basin. This river basin was chosen because: the drinking water supply systems (WSS) do not meet the actual demand, there is government interest to research new water supply alternatives and there is enough basic information on this water basin. To evaluate the feasibility of a MAR project in the basin, the first stage of the feasibility assessment proposed by the Australian MAR guidelines was performed. This consists of a checklist of five critical elements: 1) sufficient demand, 2) adequate recharge source, 3) suitable aquifer, 4) space to treat and, 5) human capability. For an easier analysis of the whole river basin, it was divided into five locations based on the superficial aquifer water levels. It was concluded that a MAR project seems viable in this river basin in the Coyolar and Orotina locations. Regarding the MAR technique to be applied in the MAR project at the Machuca River basin, two considerations were taken: the previously determined suitability and the local conditions. First, the entire Machuca River is ranked as suitable for surface infiltration (MAR spreading method) based on the results from the country scale analysis. The Coyolar and Orotina locations are ranked as having a moderate suitability (between 0.4-0.6). Second, the best material aquifer for recharge in these two locations are the fractured lavas and alluvium located under clay layers. For these two reasons (moderate spreading methods suitability and local conditions), it was decided that direct injection MAR techniques (aquifer storage and recovery – ASR) will be more appropriate for these two locations. At the laboratory research scale, the effect of the well screen length on the injection rate for an unconfined aquifer was corroborated under controlled laboratory conditions. This is one of the first experiments on the topic to the best of the author's knowledge. One of the main findings of the laboratory research is the almost neglectful effect on the injection rate for screen lengths above 80 % of the saturated thickness in an unconfined aquifer. The effect on the screen length is notable in the injection rate for open screen length under 80 % of the total aquifer thickness (95 % of the maximum achievable injection rate) and it increases for open screen lengths under 40 % (90 % of the maximum achievable injection rate). Based on the experimental results, it is recommended to use a screen length of 40 % of the saturated aquifer thickness for ASR wells and of 80 % for injection wells. This assessment shows that MAR techniques are suitable for Costa Rica's environmental conditions. Further on, the assessment at the basin level shows MAR techniques as a promising solution to overcome water scarcity issues. The laboratory scale aquifer-well interactions show promising results regarding the effect of the screen well in the injection rate. Still, more research is needed in this field regarding other aquifer types. Based on all these findings, MAR techniques are an appropriate tool for the integrated water management in the tropical regions. ; Der gegenwärtige Druck auf die Wasserressourcen ist so groß, dass Wasserknappheit sogar in den Tropen zum Thema wird. Diese Regionen sind von hohen Niederschlagsraten geprägt, was zu einer relativ großen Verfügbarkeit von Wasserressourcen führt. Diese sind jedoch nicht immer zeitlich und räumlich gleich verteilt, was temporären und/oder regionalen Wasserstress verursacht. Darüber hinaus hängt die Herausforderung auch mit dem Zugang zu diesen Wasserressourcen zusammen, was zu einer allgemein reduzierten Verfügbarkeit führt. Costa Rica ist ein Beispiel für ein tropisches Land, in dem Wasserknappheit in den letzten Jahren zunehmend an Relevanz gewonnen hat. Costa Rica leidet gegen Ende der Trockenzeit fast jedes Jahr an einem temporären Wassermangel. Dies betrifft alle Wassersektoren, insbesondere die Landwirtschaft und die Trinkwasserversorgung. Diese Situation wird durch den globalen Wandel verstärkt, mit einer größeren Nachfrage nach Ressourcen aufgrund von Bevölkerungswachstum, der Verhinderung von Grundwasserneubildung durch Urbanisierung und Versiegelung und, nicht zuletzt, den Klimawandel. Um sich an diese Situation anzupassen, ist es notwendig, eine systematische Evaluierung geeigneter Wasserbewirtschaftungsinstrumente für die Umweltbedingungen des Landes durchzuführen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf eines dieser Werkzeuge: Managed Aquifer Recharge (MAR). MAR-Techniken stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, um die zuvor definierten Probleme anzugehen, indem die überschüssigen Wasserressourcen während der Regenzeit in geeigneten Grundwasserleitersystemen zur späteren Nutzung in der Trockenzeit gespeichert werden. MAR-Techniken bieten im Vergleich zur Oberflächenspeicherung gewisse Vorteile, unter anderem geringere Verdunstungsverluste und geringeren Raumbedarf. Um zu bestimmen, ob MAR-Techniken für Costa Rica geeignet sind und dabei helfen können, die zeitlichen Wasserknappheitsherausforderungen zu überwinden, wurden drei Hauptthemen in unterschiedlichen Skalen untersucht. Die Suche nach geeigneten Gebieten für spezifische MAR-Techniken im Land erfolgte zunächst auf der Grundlage von physikalischen Kriterien. Als Zweites wurde die Forschungsskala auf ein Beckenniveau reduziert. Für diesen Fall wurde die Bewertung eines MAR-Projekts auf der Grundlage der ersten Stufe der australischen MAR-Richtlinien durchgeführt. Diese basiert auf einer Checkliste mit fünf kritischen Elementen, welche die Grundlage für die Bewertung eines MAR-Projektes bilden. Zuletzt wurde die Untersuchung im Labormaßstab durchgeführt, wobei sich die Experimente auf Injektionsbohrlöcher in einem ungespannten Grundwasserleitersystem konzentrierten. Für das erste Thema wurden in Costa Rica geeignete Bereiche für die Implementierung von MAR-Technik-Verteilungsmethoden mithilfe eines GIS-basierten Multikriterien- Entscheidungsanalysen-Ansatzes (GIS-MCDA) identifiziert. Dieser basierte auf vier Kriterien: Hydrogeologie, Geländegefälle, oberste Bodentextur und Drainagenetzdichte. Durch die Realisierung eines GIS-MCDA wurde das Land in geeignete und ungeeignete Gebiete eingeteilt. Mit dieser Methode wurden 61 % des Landes als geeignet für die Beckeninfiltration befunden. Gut eingestufte Gebiete liegen hierbei größtenteils im Norden und im Nordwesten. Das Ranking-Verfahren des Landes mit Hilfe einer GIS-MCDA-Methode ist eine erste Vorgehensweise zur Bestimmung weiterer Forschungsgebiete. In der zweiten Forschungsstufe wurde die Machbarkeit eines MAR-Projekts im Machuca-Einzugsgebiet untersucht. Dieses Flussgebiet wurde aus folgenden Gründen gewählt: Die Trinkwasserversorgungsanlagen erfüllen die tatsächliche Nachfrage nicht, weshalb es auch im Interesse der Regierung liegt, nach Alternativen für die Wasserversorgung zu forschen. Darüber hinaus ist die Region geologisch gut erschlossen und die Informationsdichte ist ausreichend hoch. Um die Realisierbarkeit eines MAR-Projektes im Einzugsgebiet zu bewerten, wurde die erste Stufe der Machbarkeitsbewertung anhand der Checkliste an fünf kritischen Elementen durchgeführt: 1) ausreichende Nachfrage, 2) angemessene Wiederaufladungsquelle, 3) geeigneter Grundwasserleiter, 4) Raum für Maßnahmen und 5) Humanressourcen. Um die Analyse des gesamten Flusseinzugsgebietes zu vereinfachen, wurde es in fünf Bereiche eingeteilt, die auf den oberflächennahen Grundwasserständen basieren. Es wurde der Schluss gezogen, dass ein MAR-Projekt in diesem Flussgebiet an den Standorten Coyolar und Orotina nachhaltig erscheint. In Bezug auf die MAR-Technik, die in einem MAR-Projekt am Machuca-Flussbecken angewendet werden soll, wurden Überlegungen angestellt hinsichtlich der zuvor ermittelten Eignung und der örtlichen Gegebenheiten. Zunächst wurde der gesamte Machuca-Fluss aufgrund der Ergebnisse der Länderanalyse als geeignet für die Oberflächeninfiltration eingestuft. Die Coyolar- und Orotina-Standorte wurden mit einer moderaten Eignung eingestuft. Weiterhin wurde festgestellt, dass die für die Grundwasseranreicherung geeignetste Formation die Kies- und Bruchlavenlagen darstellen, die sich unter einer Tonschicht befinden. Aus diesen beiden Gründen (moderate Eignung für Beckeninfiltration, und lokale Hydrogeologie) wurde entschieden, dass MAR-Techniken mit direkter Injektion (Aquifer Storage and Recovery - ASR) für diese beiden Standorte geeigneter sind. In der kleinsten Untersuchungsskala wurde der Einfluss der Filterlänge auf die Injektionsrate für einen freien Grundwasserleiter unter kontrollierten Laborbedingungen bestätigt. Dies ist eines der ersten Experimente zu diesem Thema nach bestem Wissen des Autors. Eines der Hauptergebnisse der Laborforschung ist der fast vernachlässigbare Effekt auf die Injektionsrate bei Filterlängen von über 80 % der gesättigten Mächtigkeit in einem freien Grundwasserleiter. Die Wirkung auf die Filterlänge ist bei der Injektionsrate für offene Filterlängen unter 80 % der gesamten Grundwasserleiterhöhe (95 % der maximal erreichbaren Injektionsrate) und bei offenen Filterlängen unter 40 % (90 % der maximal erreichbaren Injektionsrate). Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wird empfohlen, eine Filterlänge von 40 % der gesättigten Grundwasserleiterhöhe für ASR-Brunnen und 80 % für Injektionsbohrungen zu verwenden. Die vorliegende Bewertung zeigt, dass MAR-Techniken für die Umweltbedingungen in Costa Rica gut geeignet sind. Darüber hinaus demonstriert die Bewertung auf der Einzugsgebietsebene MAR als eine Lösung zur Überwindung von Wasserknappheitsproblemen. Die Grundwasserleiter-Brunnen-Interaktionen im Labormaßstab zeigen vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Wirkung der Filterlänge auf die Injektionsrate. Dennoch ist auf diesem Gebiet mehr Forschung in Bezug auf andere Aquifertypen erforderlich. Basierend auf all diesen Erkenntnissen sind MAR-Techniken ein geeignetes Werkzeug für das integrierte Wassermanagement in der tropischen Umwelt. ; La presión actual sobre los recursos hídricos es tal, que la escasez de agua es ahora un problema importante en áreas con abundantes recursos hídricos como las regiones tropicales. Estas regiones se caracterizan por altas tasas de precipitación casi durante todo el año. Esto da como resultado una disponibilidad relativamente grande de recursos hídricos. Sin embargo, estos recursos hídricos no siempre se distribuyen equitativamente en el tiempo y el espacio, lo que causa períodos y pone áreas bajo estrés hídrico en las regiones tropicales. Además de esto, el desafío también está relacionado con el acceso a estos recursos hídricos, lo que crea una disponibilidad reducida en términos generales. Costa Rica es un claro ejemplo de un país en las regiones tropicales, donde la escasez de agua se encuentra en lo más alto de la agenda del agua. Costa Rica está situada en la región tropical tórrida de América Central, sin embargo, experimenta períodos de escasez en sus recursos hídricos disponibles al final de la estación seca. Esto afecta a todos los sectores de agua, especialmente a la agricultura y a los sistemas de suministro de agua potable. Esta situación ha sido magnificada por el cambio global, con una mayor demanda de recursos por el crecimiento de la población, la impermeabilización de las áreas de recarga por la urbanización y la reducción de recursos debido al cambio climático. Para adaptarse a esta situación, es necesario llevar a cabo una evaluación sistemática de las herramientas de gestión del agua adecuadas para las condiciones ambientales del país. Este trabajo se centra en una de estas herramientas: la gestión de la recarga acuíferos gestionados (MAR). Las técnicas de MAR son un enfoque prometedor para abordar los problemas previamente definidos, almacenando el exceso de recursos hídricos disponibles durante la estación lluviosa en sistemas acuíferos adecuados para su uso posterior en la estación seca. Las técnicas de MAR presentan ciertas ventajas en comparación con el almacenamiento en superficie: menos pérdidas por evaporación y menor demanda de área superficial, entre otras. Con el fin de determinar si las técnicas de MAR son adecuadas para Costa Rica y ayudarán a superar los desafíos temporales de escasez de agua, se investigaron tres temas principales a diferentes escalas. Primero, en una escala de país, la búsqueda de áreas adecuadas para técnicas específicas de MAR en el país se realizó con base en criterios físicos. En segundo lugar, la escala de investigación se reduce a un nivel de cuenca. Para este caso, se realizó la evaluación de un proyecto de MAR basado en la primera etapa de las directrices australianas de MAR. Esta consiste en una lista de verificación de cinco elementos críticos, que constituye la base para la evaluación de un proyecto MAR. En tercer lugar, la investigación se lleva a escala de laboratorio, donde la investigación se centra en los pozos de inyección en un sistema acuífero no confinado. Para el primer tema, las áreas adecuadas para la implementación de los métodos de infiltración de la MAR se identifican en Costa Rica mediante un enfoque de ciencia la información geográfica y análisis de decisión multicriterio (SIG-MCDA). Esto se basa en cuatro criterios: geoaptitud hidrogeológica, pendiente del terreno, textura del suelo superior y densidad de la red de drenaje. Al realizar un GIS-MCDA, el país se clasifica en áreas adecuadas e inadecuadas. Con base en este método, el 61 % del país se consideró adecuado para métodos de infiltración. Las áreas adecuadas mejor clasificadas se encuentran en las regiones del norte y noroeste del país. La clasificación del país según el potencial de los métodos de infiltración por medio de un método GIS-MCDA es un primer curso de acción para determinar otras áreas de investigación. En el segundo nivel de investigación, se evaluó la factibilidad de un proyecto MAR en la cuenca del río Machuca. Esta cuenca hidrográfica se eligió porque: los sistemas de suministro de agua potable no satisfacen la demanda real, existe un interés del gobierno en buscar nuevas alternativas de suministro de agua y hay suficiente información básica en esta cuenca hidrográfica. Para evaluar la factibilidad de un proyecto MAR en la cuenca, la primera etapa de la evaluación se realizó sobre la base de la lista de cinco elementos críticos: 1) demanda suficiente, 2) fuente de recarga adecuada, 3) acuífero adecuado, 4) espacio para tratar el agua y, 5) la capacidad humana. Para facilitar el análisis de toda la cuenca del río, se dividió en cinco localidades en función de los niveles de agua superficiales del acuífero. Se concluyó que un proyecto MAR parece viable en esta cuenca en las localidades Coyolar y Orotina. Con respecto a la técnica de MAR que se aplicará en un proyecto MAR en la cuenca del río Machuca, se tomaron dos consideraciones: la idoneidad previamente determinada y las condiciones locales. En primer lugar, todo el río Machuca se clasifica como adecuado para la infiltración superficial (método de infiltración MAR) en función de los resultados del análisis a escala de país. Las localidades Coyolar y Orotina se clasifican con una idoneidad moderada. En segundo lugar, el mejor material acuífero para la recarga en estos dos lugares son las fracturas lavas y aluviones ubicados bajo capas de arcilla. Se decidió que las técnicas de inyección directa MAR (almacenamiento y recuperación - ASR) serán más apropiadas para estas dos ubicaciones por estas dos razones (idoneidad de los métodos de propagación moderada y condiciones locales). En la escala de investigación más pequeña, el efecto de la longitud de la pantalla del pozo sobre la tasa de inyección para un acuífero no confinado se corroboró bajo condiciones de laboratorio controladas. Este es uno de los primeros experimentos sobre el tema según el mejor conocimiento del autor. Uno de los principales hallazgos de la investigación de laboratorio es el efecto casi nulo en la tasa de inyección para longitudes de pantalla superiores al 80 % del espesor saturado en un acuífero no confinado. El efecto en la longitud de la pantalla es apreciable en la velocidad de inyección para pantalla abierta inferior al 80 % del espesor total del acuífero (95 % de la máxima velocidad de inyección alcanzable) y aumenta para longitudes de pantalla abierta por debajo del 40 % (90 % de la máxima tasa de inyección alcanzable). En base a los resultados experimentales, se recomienda utilizar una longitud de malla del 40 % del espesor del acuífero saturado para los pozos ASR y del 80 % para los pozos de inyección. La presente evaluación muestra que las técnicas de MAR son adecuadas para las condiciones ambientales de Costa Rica. Más allá, la evaluación a nivel de cuenca muestra las técnicas de MAR como una solución para superar los problemas de escasez de agua. Las interacciones entre acuíferos y pozos a escala de laboratorio muestran resultados prometedores con respecto al efecto de la pantalla en la velocidad de inyección. Aun así, se necesita más investigación en este campo con respecto a otros tipos de acuíferos. Con base en todos estos hallazgos, las técnicas de MAR son una herramienta apropiada para la gestión integrada del agua en las regiones tropicales.