Zusammen mit politischen und sozioökonomischen Ursachen sind Klima- und andere Umweltveränderungen die Auslöser kulturellen Wandels. Ein solches Zusammenspiel von Mensch und Umwelt ist besonders stark in Gebieten mit harschen Klimabedingungen. Ein außergewöhnliches Beispiel für solche Wechselwirkungen sind die Kulturen der frühen Eisenzeit in der Borealen Zone an der mittleren Kama im europäischen Vorural. Archäologen haben zwei Hypothesen entwickelt, um die Entwicklung der Früheisenzeitlichen Kulturen zu erklären: (i) günstige Bedingungen, die während des römischen Klimaoptimums im 3. Jahrhundert v. Chr. begannen, führten an der mittleren Kama zu einer raschen Entwicklung der Wirtschaft und Bevölkerungszahl und einer kulturellen Transformation von der Ananyino zur Glyadenovo-Kultur; (ii) die im 4. bis 5. Jahrhundert n. Chr. begonnene Klimaabkühlung verminderte die biologische Produktivität der Landschaft, was eine Konkurrenz um Weiden und Acherflächen auslöste. Dies führte zur Abwanderung von Teilen der Glyadenovo-Bevölkerung aus der Region und zu Transformationen hin zur Nevolino- und Lomovatovo-Kultur. Ich möchte diese Hypothesen anhand paläoökologischer Rekonstruktionen testen. Dafür plane ich die Pflanzen- und Landnutzung der früheisenzeitlichen Gesellschaften in der Region der mittleren Kama sowie ihre Auswirkungen auf Vegetation und Landschaft zu rekonstruieren. Die Forschung wird anhand von radiokarbondatierten on-site und off-site Archiven durchgeführt. Die Multi-Proxy-Analysen werden traditionelle (Palynologie, Glühverlust, Archäobotanik, Anthrakologie, Holzanatomie) und innovative Methoden (Nicht-Pollen-Palynomorphen-Analyse, Makrocharcoal-Analyse, Isotopenstudien) kombinieren. Basierend auf Pollendaten werden Landbedeckungsrekonstruktionen unter Verwendung der Modelle REVEALS, LOVE und dem Multiple Scenario Approach durchgeführt. Die Best-Modern-Analog-Technik wird zur Abschätzung der Klima- und Waldbedeckungsänderung angewendet. Die erhaltenen Daten werden in Bezug auf die Forschungshypothesen ausgewertet. Zum Ende des Projekts werden wir den zeitlichen Verlauf der Pflanzen- und Landnutzung der früheisenzeitlichen Kulturen rekonstruieren, die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt und die Rolle des Klimawandels bei menschlichen Migrationsprozessen bewerten. Die Ergebnisse werden zu unserem Verständnis der Subsistenzwirtschaft der Früheisenzeitlichen Kulturen in der borealen Zone und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beitragen.
Das Projekt P2 befasst sich mit den prognostizierten landwirtschaftlichen Verlusten basierend auf den aktuellen CO2-Emissionen bis 2050 und deren Folgen für den Ernährungszustand von Kindern unter 5 Jahren, die in zwei ausgewählten Regionen Subsahara-Afrikas leben. P2 ermittelt das Potenzial eines integrierten Landwirtschafts- und Ernährungsprogramms als Anpassungsstrategie zur Verbesserung des Ernährungszustands für klimasensible Nährstoffe im ländlichen Burkina Faso und Kenia, wo der Klimawandel die Landwirtschaft am stärksten beeinträchtigen wird. Die Intervention konzentriert sich auf Biodiversifizierung der Subsistenzlandwirtschaft durch Hausgärten und wird von Ernährungsund Gesundheitsberatung unter Verwendung der 7 Essential Nutrition Action-Botschaften der Weltgesundheitsorganisation begleitet. Für Subsahara-Afrika stellt Biodiversifizierung eine der vielversprechendsten und praktikabelsten Anpassungsstrategien an CO2-bedingte landwirtschaftliche Verluste dar, sowohl für die absoluten Erntemengen als auch für die Pflanzengehalte an Protein, Eisen und Zink. Als Novum identifiziert P2 die kontrovers diskutierten möglichen Auswirkungen eines solchen Landwirtschafts- und Ernährungsprogramms auf das Risiko einer klinischen Malaria bei Kindern unter 5 Jahren. In der ersten Projektphase wurde das Anpassungsprogramm in Zusammenarbeit mit den Ministerien für Gesundheit und Landwirtschaft des Landkreises Siaya und der Nichtregierungsorganisation Centre for African Bio-Entrepreneurship (CABE) auf die Bedürfnisse der Region Kenia zugeschnitten. Wir definierten die anzubauenden Gartenbaukulturen sowie die Praktikabilität und Akzeptanz des Programms. Eine clusterrandomisierte kontrollierte Studie mit 2 x 600 Haushalten wurde durchgeführt. Wir rekrutierten Haushalte mit Kindern im Alter der Beikosteinführung (6-24 Monate) und stellten Nachbeobachtungen für 1 Jahr lang an. In Phase 2 werden wir die Auswirkungen des Interventionsprogramms auf Änderungen der Ernährungsgewohnheiten, den Status klimasensibler Nährstoffe und das Risiko einer klinischen Malaria bei den Kindern nach 2 Jahren ermitteln. Wir werden die notwendigen Investitionen definieren, um solche Interventionsprogramme auf Provinz-, Landes- und nationaler Ebene auszuweiten. Schließlich werden wir Adaptation Response Functions generieren, die die Auswirkungen des landwirtschaftlichen Biodiversifizierungs- und Ernährungsberatungsprogramms unter zukünftigen Klimaszenarien beschreiben.
Der Klimawandel verstärkt das Auftreten von extremen Hitzeereignissen. In der Subsahara-Afrika (SSA) stellt übermäßige Hitze bereits ein zunehmendes Gesundheitsrisiko dar. Bei Hitzebelastung kann der Mensch zwar wirksame physiologische Gegenmaßnahmen einleiten, um einen Wärmeverlust des Körpers zu fördern und so eine Körperkerntemperatur von 37 °C aufrechterhalten; hierzu gehören zum Beispiel eine Erhöhung der Hautdurchblutung und/oder Erhöhung der Schweißrate. Diese Reaktionen belasten unter Umständen den Körper jedoch stark - insbesondere in Kombination mit intensiver körperlicher Arbeit, die typischerweise bei landwirtschaftlichen Aktivitäten im Freien anfällt. Eine solche längere Hitzebelastung kann zu Erschöpfungszuständen, Hitzeerkrankungen oder sogar zum Tod führen. Bei physischen Tätigkeiten unter heißen/feuchten Umgebungsbedingungen ist das Auftreten entsprechender Erkrankungen umso wahrscheinlicher. Da der größte Teil der täglichen Arbeitsbelastung in SSA in der manuellen Subsistenzlandwirtschaft besteht, wird jede Verringerung der Arbeitsfähigkeit mehrere zusätzliche schwerwiegende wirtschaftliche, soziale und gesundheitliche Probleme mit sich bringen, deswegen haben wir in der ersten Phase junge gesunde Farmer/-innen studiert. Die Anfälligkeit für Hitzeerkrankungen variiert jedoch stark in Abhängigkeit von individuellen Merkmalen wie zum Beispiel Vorerkrankungen. Da nicht übertragbare Krankheiten ein zunehmendes, häufig unterschätztes Problem in SSA darstellen, werden wir uns in dieser zweiten Phase auf Landwirte konzentrieren, die von chronischen Atemwegserkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und Asthma betroffen sind. Unser Ziel ist es, die spezifischen physiologischen Auswirkungen von Klimaschwankungen auf die Arbeitsfähigkeit in dieser gefährdeten Bevölkerung in SSA zu bestimmen. Dies geschieht unter Berücksichtigung sowohl saisonaler/geografischer Unterschiede, vorbestehender Erkrankungen, geschlechtsspezifischer Unterschiede als auch im Hinblick auf finanzielle Anpassungsstrategien, die als Verhaltensinterventionen umsetzbar erscheinen. Um die Produktivität genauer zu untersuchen, wird unser Team innerhalb des Research Unit (RU) eine neu konzipierte Inter-Cluster-Studie koordinieren: die Heat to Harvest (H2H). Die H2H-Studie erweitert den RU-Ansatz, da sie die Methoden, die bereits in den einzelnen Projekten zum Einsatz kommen, wie die quantitative Erfassung des Hitzestress und Arbeitsfähigkeit, Kühlungsmaßnahmen in Häusern, Arbeitsmuster während der Ernte, erzielte Ernteerträge oder der Ernährungszustand von Kindern integriert. Es finden sich eine Vielzahl von Studien, die die nachteiligen Auswirkungen des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion im Allgemeinen beschreiben und verschiedene Ansätze zur Optimierung vorgeschlagen, jedoch fehlen bislang wissenschaftliche Studien zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Arbeitskapazität der Farmer/-innen in SSA.
Dieses Projekt strebt danach den Einfluss unregelmäßiger Niederschlagsmuster zur Erntemenge und dessen Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit der Haushalte zu quantifizieren, welche wiederum verantwortlich sind nährstoffreiche Nahrungsmittel für ihre Kinder bereitzustellen. Die Folgen sind chronische Unterernährung (Stunting) und Mikronährstoffmangel bei Kindern unter 5 Jahren.Um Verknüpfungen zwischen Wetter und Ernährung herzustellen, werden drei Schritte gleichzeitig angewandt: Erstens erfolgt die Validierung der Exposition durch die Entwicklung eines Niederschlagsindex, der den Einfluss von täglichem Niederschlag auf das Wachstum von den Hauptgetreidearten der jeweiligen Regionen erfasst. Zweitens werden wir zur Bestimmung der direkten Auswirkungen auf die Ernte die bereits lokal validierte Quantifizierung der Erntemengen auf Haushaltsebene der ausgewählten Haushalte umsetzen. Drittens werden wir eine dynamische Kohorte von 2000 Kindern im Alter von 0 bis 5 Jahren in ihren Haushalten zusammenstellen. Diese Schritte werden in beiden Untersuchungsgebieten im Nouna HDSS in Burkina Faso und im Kisumu HDSS in Kenia über die Laufzeit der Forschungsgruppe von 3 (+3) Jahren erfolgen. Zweimal im Jahr werden die Eltern des Kindes mit Hilfe eines sozioökonomischen und eines Ernährungsfragebogen zur Ernährungssicherheit des Haushaltes und der Ernährung des Kindes befragt. Von allen Kindern der Stichprobe werden ausgewählte anthropometrische Messungen durchgeführt.Die Verbindung zwischen Regenfällen (Exposition) und ihren Auswirkungen (direkte Folgen: Auswirkungen auf die Erntemenge, indirekte Folgen: Einfluss auf die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährung von Kindern) werden mit den ERFs (Exposure-Response-Funktionen) über hierarchische Bayes'schen Analysen, insbesondere nichtlineare Modellierung mit verteilter Verzögerung, errechnet. Wir werden in der Lage sein, die wetterbedingte Assoziation mit den Folgen auf die Ernte, die Ernährungssicherheit des Haushaltes und die Unterernährung bei Kindern mit einer Anzahl an Co-Variablen, z.B. sozioökonomischen Haushaltsvariablen, vorangegangene Krankheiten bei den Kindern sowie Haushaltsausgaben und -einnahmen durch Subsistenzlandwirtschaft, zu vergleichen.In einem letzten Schritt werden die ERFs in Klimaauswirkungsmodelle integriert, die von unserem zentralen Projektteam (CP2) mit einer Auflösung von 12 km x 12 km auf die Untersuchungsgebiete herunterskaliert werden. Dies ermöglicht es uns, Prognosen über die Folgen des Klimas auf die Ernährung für kurz- und langfristige politikrelevante Zeithorizonte (2030, 2050, 2100) zu erstellen.
Das Projekt 'Balancing biodiversity Observation with Development in Amazon wetlandS (BONDS)' wird Szenarien für Biodiversität und Ökosystemleistungen für ausgewählte Weißwasser- ('Whitewater'-)Flussauen des Tiefland-Amazonas entwickeln. Diese Flussauen, die seit jeher von nährstoffreichen Sedimenten überschwemmt werden, waren in der Vergangenheit Zentren für menschliche Siedlungen, in denen Subsistenzlandwirtschaft betrieben wurde, ergänzt durch Fischerei und Jagd. In den letzten Jahrzehnten haben kommerzieller Juteanbau, kommerzielle Fischerei und die Ausweitung der Viehzucht traditionelle Muster der Ressourcennutzung gestört. Am Stärksten betroffen von diesen Auswirkungen ist das untere Amazonasgebiet, wo seit Ende der 1970er Jahre etwa die Hälfte der Waldbedeckung in den Überschwemmungsflächen verschwunden ist. Diese Vernichtung der Forstfläche im Überflutungsbereich bedroht sowohl die Artenvielfalt als auch Ökosystemleistungen, da die Artenvielfalt der Fische und die Erträge der Fischerei in starkem Maße mit der Auenbewaldung in Zusammenhang stehen. In den kommenden Jahren werden Amazonas-Überschwemmungsgebiete zunehmend durch Landentwicklungsprojekte und den Ausbau der Landwirtschaft sowie durch den Klimawandel bedroht. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Auswirkungen dieser Entwicklung auf die Biodiversität und die Ökosystemleistungen der Überschwemmungsgebiete verdeutlicht werden. Die Arbeitsziele des Teilvorhabens befassen sich mit der Kartierung von Flussauen von Amazonas und Juruá. Dabei werden satellitenbasierte Karten von Feuchtgebieten, Vegetations- und Überflutungsflächen sowie von Chlorophyll-a und Phytoplankton produziert. Um die notwendigen Produkte zu generieren, werden kostenlose optische (Landsat, Sentinel-2, Sentinel-3) und Radardaten (C-band SAR Sentinel-1, L-band SAR ALOS PALSAR) und daraus resultierende Zeitreihenanalysen zusammen mit teilweise bereits verfügbaren Modellen für die Kartierung genutzt.
Neben Bewirtschaftungsmethoden und Bodeneigenschaften ist die landwirtschaftliche Produktion im Wesentlichen abhängig von Wetterbedingungen bzw. vom Klima, wenn lange Zeiträume betrachtet werden. Auf 95% der landwirtschaftlichen Flächen in Afrika wird Regenfeldbau betrieben, der stärker von aktuellen Wetterbedingungen und der Wasserverfügbarkeit abhängig ist als der Bewässerungsfeldbau. Weiterhin ist der Anteil der afrikanischen Bevölkerung, der von Subsistenzwirtschaft lebt und zu 70% im Agrarsektor beschäftigt ist, besonders hoch. Die landwirtschaftliche Produktion sowie die damit zusammenhängende Ernährungssituation in vielen afrikanischen Ländern ist daher besonders vulnerabel gegenüber Klimaveränderungen und Wetterextremen. Klimaveränderungen werden häufig als langfristige Änderungen der Jahresmittel von Temperaturen oder Niederschlägen untersucht und dargestellt. Eine Einschätzung der Änderungen von Extremereignissen oder der Klimavariabilität und deren Auswirkungen ist deutlich komplexer und unsicherer als die Betrachtung von Mittelwerten. Diese Informationen sind jedoch von besonderer praxisrelevanter Bedeutung für das Land- und Wassermanagement. Es gibt eine wachsende Evidenz für die Zunahme der interannuellen und saisonalen Niederschlagsvariabilität. Regenzeiten in Westafrika unterliegen Änderungen hin zu extremen Trockenzeiten, die die Länge der Vegetationsperiode einschränken, gepaart mit zunehmender Häufigkeit von Starkregenereignissen. Während der Exkursion wurde uns berichtet, dass der Beginn der Regenzeit in jüngster Vergangenheit Veränderungen unterliegt, der sich zum einen in einer zunehmenden Variabilität des Beginns widerspiegelt und zum anderen in dem Phänomen, dass nach anfänglichen Regentagen die Gefahr wochenlanger Trockenheit besteht, bevor die eigentliche Regenzeit einsetzt. Letzteres Phänomen kann verheerende Auswirkungen für die Landwirtschaft zur Folge haben. Eine Verstärkung der Klimavariabilität im 21. Jahrhundert wird sich hauptsächlich in der Dauer und der Intensität von Dürren und Überflutungen manifestieren, aber auch auf die Variabilität der Wasserverfügbarkeit. Zusätzlich zur Veränderung der Niederschlagsvariabilität kommt die Reduzierung der Jahresmengen, die seit den 1970iger Jahren in Westafrika beobachtet werden. Geringere Jahresniederschläge führen, zusammen mit langen Trockenzeiten, zu verringerten Wasserständen in Flüssen und Grundwasserleitern, die die Wasserverfügbarkeit für die Landwirtschaft beeinträchtigen. Veränderungen im natürlichen System führen zwangsläufig zu Veränderungen (Anpassung) von Bewirtschaftungsmethoden, z.B. vom Regenfeldbau zum Bewässerungsfeldbau oder der Regulierung der natürlichen Abflüsse durch Staudämme. Diese anthropogenen Veränderungen beeinflussen wiederum das natürliche System, deren Rückkopplungsmechanismen untersucht werden müssen. (Text gekürzt)
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