Including adaptation costs and climate change damages in evaluating post-2012 burden-sharing regimes

Many studies have been published to evaluate the consequences of different post-2012 emission allocation regimes on regional mitigation costs. This paper goes one step further and evaluates not only mitigation costs, but also adaptation costs and climate change damages. Three post-2012 emission allocation regimes (Contraction & Convergence, Multistage and Common but differentiated convergence) and two climate targets (2°C and 3°C above the pre-industrial level) are considered. This explorative analysis shows that including these other cost categories could lead to different perspectives on the outcomes of allocation regimes. Up to 2050, the poorest regions have negative mitigation costs under all allocation regimes considered, as they benefit from emission trading. However, these regions also suffer from the most severe climate impacts. As such, the financial flows due to emission trading from developed to developing countries created under these allocation regimes could also be interpreted as compensation of climate change damages and adaptation costs. In the longer run, the sum of climate change damages, adaptation costs and mitigation costs are the highest in the poorest regions of Sub-Saharan Africa and South Asia, for both climate targets and practically all emission allocation regimes.     

GIS-gestützte Analysen zur m?glichen Gef?hrdung von Naturschutzgebieten durch den Anbau gentechnisch ver?nderter Kulturpflanzen

Zusammenfassung   Hintergrund, Ziel und Zweck Der kommerzielle Einsatz von gentechnisch ver?nderten Kulturpflanzen (GVP) wurde bislang fokussiert auf Fragen zur Koexistenz mit der konventionellen und ?kologischen Landwirtschaft sowie auf m?gliche Beeintr?chtigungen der menschlichen Gesundheit. Gro?r?umige Untersuchungen zu m?glichen direkten, indirekten und langfristigen Wirkungen auf natürliche ?kosysteme fehlen dagegen bisher. Besonders der Wahrung der Integrit?t von Naturschutzgebieten kommt hierbei eine besondere Rolle zu. Nach § 23 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) dienen Naturschutzgebiete dem besonderen Schutz von Natur und Landschaft, indem dort existierende Biotope wild lebender Arten erhalten, entwickelt und wiederhergestellt werden sollen. Der § 34a BNatSchG setzt die Nutzung von gentechnisch ver?nderte Organismen (GVO) mit Projekten gleich, welche im Falle von Gebieten gemeinschaftlicher Bedeutung (Flora-Fauna-Habitate, FFH) oder europ?ischer Vogelschutzgebiete auf ihre Vertr?glichkeit mit dem Schutzzweck zu überprüfen sind. Vor diesem Hintergrund wurde in dem vom Bundesamt für Naturschutz (BfN) gef?rderten Projekt „Abstandregelungen beim Anbau gentechnisch ver?nderter Pflanzen in der N?he von Schutzgebieten“ untersucht, inwiefern Schutzgebiete von den Auswirkungen des Anbaus gentechnisch ver?nderter Pflanzen betroffen w?ren und welche Ma?nahmen die Auswirkungen eines GVP-Anbaus mindern oder verhindern k?nnten. Im Mittelpunkt der hier vorgestellten Arbeit wird beispielhaft gezeigt, wie sich die Einführung unterschiedlicher Abstandregelungen zum Schutz der Artendiversit?t in Naturschutzgebieten auf den potenziellen Anbau von herbizidresistentem Raps (HR-Raps) und insektizidresistentem Mais (B. t.-Mais) in Nachbarschaft von Schutzgebieten fl?chenhaft auswirken würde. Zum anderen wird eine Methodik vorgestellt, die es erm?glicht, die in Deutschland eingerichteten Naturschutzgebiete in Gruppen unterschiedlicher Gef?hrdung durch einen GVP-Anbau einzuteilen, um daraus repr?sentative Schutzgebiete für eine Modellierung der GVP-Ausbreitung zu bestimmen und so den Aufwand für eine Absch?tzung der ?kologischen Folgen eines GVP-Anbaus zu reduzieren. Material und Methoden In Deutschland gab es nach Angaben des Bundesamtes für Naturschutz (Stand: 2003) etwa 7.400 Naturschutzgebiete (NSG), die einen Anteil von 3 % der Landesfl?che einnahmen. In einem geografischen Informationssystem (GIS) wurden die Schutzgebietsgeometrien mit Landnutzungsdaten aus „CORINE Landcover“ und Regionalstatistiken zur Anbaufl?che von Raps und Mais sowie einer ?kologischen Raumgliederung Deutschlands zusammengeführt. In einem ersten Schritt wurde untersucht, wie viel Agrarnutzungsfl?che bei unterschiedlichen Sicherheitsabst?nden um die NSG bundesweit und je Bundesland für einen Anbau von B. t.-Mais bzw. HR-Raps noch zur Verfügung st?nde. In einem zweiten Schritt wurden die NSG mithilfe komplexer GIS-Analysen zu Schutzgebietstypen aggregiert, die die Variationen in der Anbaudichte von Raps oder Mais in Nachbarschaft zu den Schutzgebieten sowie deren unterschiedliche Geometrie und deren landschafts?kologische Situation widerspiegeln. Dafür wurde zun?chst ein Geometriefaktor (GF) berechnet, der den Umfang eines NSG in Beziehung zu seiner Fl?che als Ma? für die relative Kontaktzone und Eindringtiefe der Wirkungen von GVP, z. B. über den Pollenflug, setzt. Die Intensit?t der GVO-Wirkungen wurde mithilfe eines Anbaudichtefaktors (AF) ausgedrückt, der auf Basis von kreisbezogenen Agrarstatistiken den Anteil der kulturartenspezifischen Nutzung innerhalb einer Zone von 4.000 m (Rapsanbau) bzw. 800 m (Maisanbau) um das NSG beschreibt. Ergebnisse Bereits bei einer Sicherheitszone von 500 m um die NSG verblieben nach den durchgeführten Berechnungen noch über 94 % der Agrarfl?chen in Deutschland für einen Anbau von GVP, bei 1.000 m Sicherheitsabstand noch etwa 88 %, bei 4.000 m dagegen nur noch etwa die H?lfte. Die Kombination von GF und AF ergaben für jede Kulturart nach Aufteilung in jeweils drei Perzentilklassen neun Modellraumklassen (MRK), die die Variation von Gebietsgeometrie und Anbaudichte in der Umgebung des NSG widerspiegeln. Am meisten gef?hrdet waren demnach solche NSG, die eine gro?e Kontaktfl?che (+ GF) und eine hohe Anbaudichte (+ AF) in ihrer Umgebung aufwiesen. NSG mit dieser Konstellation hatten einen Anteil von 7 % und nahmen eine Fl?che von 0,4 % aller NSG ein. Die Verschneidung mit der ?kologischen Raumgliederung ergab, dass mehr als ein Drittel dieser NSG in Raumklasse 62 vorkamen. Alle NSG, in deren Umgebung die h?chsten AF zu finden waren, machten jeweils bei beiden Kulturarten zusammen etwa 60 % aller NSG aus. Diskussion Der technische Ablauf der Klassenbildung erfolgte nach einem Regel basierten hierarchischen System und wurde durch Implementierung eigener GIS-Prozeduren teilautomatisiert, sodass zus?tzliche Auswertungen mit anderen GV-Pflanzen, anderen Schutzgebietstypen oder anderen Abstandsweiten ohne erheblichen Arbeitsaufwand m?glich sind. Die mithilfe von GIS-Operationen und h?ufigkeitsstatistischen Methoden berechneten Schutzgebietskategorien halfen dabei, die Folgen eines GVP-Anbaus hinsichtlich einer m?glichen Gef?hrdung von Schutzgebieten in der Anbaupraxis abzusch?tzen. Schlussfolgerungen Die Festlegung von Sicherheitsabst?nden um Schutzgebiete sollte in Abh?ngigkeit von den Ausbreitungsmechanismen und den spezifischen Wirkungen der jeweiligen Kulturart auf Nicht-Zielorganismen sowie von den jeweils vorkommenden Schutzgütern erfolgen. Besonders GV-Raps birgt aufgrund von Wildpopulationen und aufgrund seiner Kreuzungspartner ein Risiko für ein Einwandern in Schutzgebiete, selbst bei der Einrichtung von Sicherheitszonen, insbesondere wenn dort oder in den Schutzgebieten selbst konventioneller Raps angebaut wird. Dies gilt umso mehr, solange es nicht gelingt, das Saatgut frei von Verunreinigungen mit gentechnisch ver?ndertem Saatgut zu halten. Empfehlungen und Ausblick Zur Konkretisierung und Umsetzung von Ma?nahmen für die Reduzierung von Auswirkungen eines GVP-Anbaus auf Schutzgebiete bedarf es eines politischen und gesellschaftlichen Diskurses zur Abw?gung, welche der Ver?nderungen der Schutzgüter toleriert werden k?nnen, bevor es zu einem kommerziellen Anbau von GVP kommt. Hierfür sind wissenschaftliche Studien notwendig, die auf empirischer und modelltheoretischer Grundlage die Ausbreitungsreichweite von gentechnisch ver?nderten Pollen und die Verbreitung und Wirkung von in die Umwelt eingetragenen Transgenen und freigesetzten Toxinen absch?tzen. Die überwachung der GVP-Anbaufl?chen sollte im Rahmen des nach EU-Richtlinie 2001/18/EC zur Freisetzung von GVO geforderten fallspezifischen und allgemeinen Monitorings erfolgen. Die für die Planung eines Monitorings sowie für die Analyse und Bewertung der Umweltwirkungen notwendigen Informationen sowie die Monitoringdaten selbst sollten in einem webbasierten Geoinformationssystem (WebGIS) integriert und ausgewertet werden. Otto Fr?nzle zum 75. Geburtstag gewidmet     

Phytoremediation of contaminated soils and groundwater: lessons from the field

Background, aim, and scope

The use of plants and associated microorganisms to remove, contain, inactivate, or degrade harmful environmental contaminants (generally termed phytoremediation) and to revitalize contaminated sites is gaining more and more attention. In this review, prerequisites for a successful remediation will be discussed. The performance of phytoremediation as an environmental remediation technology indeed depends on several factors including the extent of soil contamination, the availability and accessibility of contaminants for rhizosphere microorganisms and uptake into roots (bioavailability), and the ability of the plant and its associated microorganisms to intercept, absorb, accumulate, and/or degrade the contaminants. The main aim is to provide an overview of existing field experience in Europe concerning the use of plants and their associated microorganisms whether or not combined with amendments for the revitalization or remediation of contaminated soils and undeep groundwater. Contaminations with trace elements (except radionuclides) and organics will be considered. Because remediation with transgenic organisms is largely untested in the field, this topic is not covered in this review. Brief attention will be paid to the economical aspects, use, and processing of the biomass.

Conclusions and perspectives

It is clear that in spite of a growing public and commercial interest and the success of several pilot studies and field scale applications more fundamental research still is needed to better exploit the metabolic diversity of the plants themselves, but also to better understand the complex interactions between contaminants, soil, plant roots, and microorganisms (bacteria and mycorrhiza) in the rhizosphere. Further, more data are still needed to quantify the underlying economics, as a support for public acceptance and last but not least to convince policy makers and stakeholders (who are not very familiar with such techniques).     

Transport of Escherichia coli and solutes during waste water infiltration in an urban alluvial aquifer

Recharge of waste water in an unconsolidated poorly sorted alluvial aquifer is a complex process, both physically and hydrochemically. The aim of this paper is to analyse and conceptualise vertical transport mechanisms taking place in an urban area of extensive wastewater infiltration by analysing and combining the water balance, the microbial (Escherichia coli) mass balance, and the mass balance for dissolved solutes. For this, data on sediment characteristics (grain size, organic carbon, reactive iron, and calcite), groundwater levels, and concentrations of E. coli in groundwater and waste water were collected. In the laboratory, data on E. coli decay rate coefficients, and on bacteria retention characteristics of the sediment were collected via column experiments. The results indicated that shallow groundwater, at depths of 50 m below the surface, was contaminated with E. coli concentrations as high as 10(6) CFU/100 mL. In general, E. coli concentrations decreased only 3 log units from the point of infiltration to shallow groundwater. Concentrations were lower at greater depths in the aquifer. In laboratory columns of disturbed sediments, bacteria removal was 2-5 log units/0.5 cm column sediment. Because of the relatively high E. coli concentrations in the shallow aquifer, transport had likely taken place via a connected network of pores with a diameter large enough to allow bacterial transport instead of via the sediment matrix, which was inaccessible for bacteria, as was clear from the column experiments. The decay rate coefficient was determined from laboratory microcosms to be 0.15 d(-1). Assuming that decay in the aquifer was similar to decay in the laboratory, then the pore water flow velocity between the point of infiltration and shallow groundwater, coinciding with a concentration decrease of 3 log units, was 0.38 m/d, and therefore, transport in this connected network of pores was fast. According to the water balance of the alluvial aquifer, determined from transient groundwater modelling, groundwater flow in the aquifer was mainly in vertical downward direction, and therefore, the mass balance for dissolved solutes was simulated using a 1D transport model of a 200 m column of the Quaternary Alluvium aquifer. The model, constructed with PHREEQC, included dual porosity, and was able to adequately simulate removal of E. coli, cation-exchange, and nitrification. The added value of the use of E. coli in this study was the recognition of relatively fast transport velocities occurring in the aquifer, and the necessity to use the dual porosity concept to investigate vertical transport mechanisms. Therefore, in general and if possible, microbial mass balances should be considered more systematically as an integral part of transport studies.     

Reduced nitrogen has a greater effect than oxidised nitrogen on dry heathland vegetation

We investigated the effects of different ratios of reduced (NH4+) versus oxidised (NO3(-)) nitrogen in deposition on heathland and species-rich grassland vegetation at high nitrogen deposition levels in large mesocosms filled with nutrient-poor soils to which different NH4+/NO3(-) ratios were applied. The response of the forbs, Antennaria dioica, Arnica montana, Gentiana pneumonanthe, Thymus serpyllum, the grasses Danthonia decumbens, Deschampsia flexuosa, Nardus stricta and the shrub Calluna vulgaris was recorded. The forb A. dioica and the grass D.decumbens preferred low NH4+/NO3(-) ratios and were characterised by a negative correlation between NH4+/NO3(-) ratios and biomass and survival, whereas the grasses N. stricta and D. flexuosa showed no correlation with NH4+/NO3(-) ratios. Lime addition eliminated the negative effects of high NH4+ concentrations in deposition for A. dioica and the grass D. decumbens. The implications of these findings for heathland vegetations are discussed.     

Spatio-temporal variability in fatty acid trophic biomarkers in stomach contents and muscle of Iberian sardine (<Emphasis Type="Italic">Sardina pilchardus</Emphasis>) and its relationship with spawning

Temporal variation in the fatty acid (FA) composition of stomach contents of Iberian sardines was compared to the relative contribution to dietary carbon made by different prey types for fish from two areas off Portugal. The effect of the FA content of the diet on sardine muscle FA composition was also studied, aiming at (1) analysing if FA biomarkers can be used as a complementary technique for the study of sardine diet and (2) to relate spatial and temporal variations of prey FA content with sardine condition and reproduction. Significant spatial differences in the FA composition of sardine diet occurred with concentrations of n-3 polyunsaturated FA, namely eicosapentaenoic acid [EPA, 20:5n-3] and linolenic acid 18:3n-3, being significantly higher in the diet of sardines from the west coast, whilst the diet of sardines from the south coast was richer in monounsaturated fatty acids (MUFA), namely the carnivory biomarker oleic acid 18:1n-9. These results are in agreement with the higher contribution made by diatoms and dinoflagellates to the diet of sardines off the west coast. Spatial variation in sardine dietary FA was also detected in their muscle composition, specifically for EPA, and the eicosapentaenoic/docosahexaenoic acid and (n-3)/(n-6) ratios, which were higher in sardines from the west coast. No difference in FA composition was detected between sexes, and the seasonal variability in sardine total FA concentration was primarily related to the seasonality of spawning. Sardines accumulate high concentrations of FAs during the resting stage of reproduction when the feeding intensity is similar or lower to that observed during the spawning season. Additionally, sardines show a high selective retention of MUFA and polyunsaturated FA (PUFA) throughout the year except at the beginning of the spawning season, when these FAs are largely invested in the formation of the gonads. Therefore, temporal and regional differences of prey environments are strong enough to be reflected in fish body composition, namely on the accumulation of essential FAs, which can have a strong impact on reproduction success for this species.