Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Messung gasf\u00f6rmiger Verluste von Pflanzenschutzmitteln (PSM) aus dem System Boden\/Pflanze unter m\u00f6glichst realit\u00e4tsnahen Bedingungen mit besonderem Gewicht auf den Beleuchtungs- und Bodenfeuchteverh\u00e4ltnisse bzw. der Evaporation. Unterscheidung zwischen Verfl\u00fcchtigung von unver\u00e4ndertem PSM, dessen Metaboliten und Mineralisierung. Erstellen vollst\u00e4ndiger Massenbilanzen f\u00fcr ein umfassendes Bild zum Verbleib von PSM in s\u00e4mtlichen Kompartimenten des Agrar\u00f6kosystems (Boden, Pflanze, Sickerwasser und Atmosph\u00e4re). Untersuchung des Einflusses verschiedener Pflanzenarten und Formulierungen von PSM auf deren Verfl\u00fcchtigungsverhalten. Die hierf\u00fcr weiter entwickelte Versuchsanlage ist eine wichtige Erg\u00e4nzung zu den verschiedenen Laboranlagen, mit denen Versuche meist unter konstanten, standardisierten Klimabedingungen durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenF\u00fcr Untersuchungen der Luft \u00fcber einem Feld wurde ein gl\u00e4serner Windkanal \u00fcber einen 0,5-m2-Lysimeter eingestellt. Dieser Windkanal kombiniert die Vorteile von Feldversuchen (feldnahe Bedingungen) mit den Vorteilen von Laboruntersuchungen (Einsatz von Radioisotopen). Im Inneren dieses Windkanals werden feldnahe Bedingungen durch freilandgerechte Str\u00f6mungsprofile sowie eine st\u00e4ndige, automatische Anpassung von Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit an die eines Referenzfeldes bestm\u00f6glich nachgebildet. S\u00e4mtliche Klimaparameter variieren entsprechend der Freilandsituation, d.h. jeder Versuch findet damit unter einem einmaligen Szenario statt. Ein High-Volume-Sampler erlaubt ein kontinuierliches Messen 14C-markierter organischer Substanzen (Verfl\u00fcchtigung) bei Integrationszeitr\u00e4umen von 1-24 h. 14CO2, das durch den Totalabbau der 14C-markierten Testsubstanzen entsteht, wird ebenfalls kontinuierlich mit einem Medium-Volume-Sampler erfa\u00dft (Integrationszeit 48 h).
\nVier verschiedene PSM (Clopyralid (Herbizid), Fenpropimorph (Fungizid), Parathion-methyl (Insektizid), Terbuthylazin (Herbizid)) wurden auf ihr Verfl\u00fcchtigungsverhalten unter verschiedenen Szenarien untersucht, u.a. verschiedene Pflanzenbest\u00e4nde (Buschbohnen, Winterraps, Zuckerr\u00fcben, Radieschen und Weidelgras) sowie unbewachsener Boden. F\u00fcr Parathion-methyl kamen zwei verschiedene Formulierungen (dispergierbares Pulver, Emulsionskonzentrat) zum Einsatz.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Windkanalanlage wurde hinsichtlich der Lichtqualit\u00e4t und -quantit\u00e4t optimiert, so dass die Strahlungssituation im Windkanal der Feldsituation entspricht. Dies bedeutet, dass Prozesse, die im Feld ablaufen (z.B. Photolyse auf Pflanzen- und Bodenoberfl\u00e4chen) ebenfalls im Windkanal beobachtet werden k\u00f6nnen. Mit 98,4\u00b11,4 % der applizierten Radioaktivit\u00e4t (AR) war die 14C-Wiederfindung in den Versuchen sehr gut. Dies dokumentiert sowohl die Funktionalit\u00e4t des Windkanals als auch die Repr\u00e4sentativit\u00e4t der Luftbeprobung. Lediglich in zwei der drei Experimente mit Parathion-methyl und Weidelgras wurden mit 77,5\u00b11,5 % AR niedrigere 14C-Wiederfindungen registriert. Grund daf\u00fcr k\u00f6nnte das Entstehen niedermolekularer, leicht fl\u00fcchtiger Substanzen sein, die mit den Luftsammeleinrichtungen nicht erfasst wurden. Bei diesen Versuchen war auch die Verfl\u00fcchtigung von Parathion-methyl mit 21,3\u00b112,1 % AR 90 h nach Applikation ungew\u00f6hnlich niedrig. Nach Pflanzenapplikation war Clopyralid 90 h nach Applikation mit 1,2\u00b11,0 % AR wesentlich weniger fl\u00fcchtig als Fenpropimorph (47,2\u00b19,5 % AR) und Parathion-methyl (67,0\u00b18,5 % AR). Alle drei PSM zeigten nach Applikation auf Pflanzen eine temperaturabh\u00e4ngige Verfl\u00fcchtigung, die mit einer zusammengesetzten Exponentialfunktion beschreibbar war. Der Verfl\u00fcchtigungsprozess von Pflanzen nahm innerhalb der ersten 24 h stark ab und zeigte eine Langzeitfreisetzung auf sehr geringem Niveau, die in dieser Phase einem diurnalen Rhythmus folgte. Sie war au\u00dferdem negativ mit der Aufnahme der PSM durch Pflanzen korreliert, die einer Verfl\u00fcchtigung entgegenwirkt. Der Einsatz von Aktivkohle in der Zuluftfilterung reduziert im Windkanal freie Radikale und Precursor, die f\u00fcr eine indirekte Photolyse von PSM verantwortlich sein k\u00f6nnen. In diesen Versuchen war der Anteil der mittels Radio-TLC (Parathion-methyl) und Radio-HPLC (Fenpropimorph) charakterisierten verfl\u00fcchtigten Metaboliten niedriger. Dies gilt insbesondere f\u00fcr Fenpropimorph, das zwar gegen\u00fcber direkter Photolyse stabil ist, aber empfindlich auf die Anwesenheit von OH-Radikalen reagiert (indirekte Photolyse). Ursache k\u00f6nnte ein abiotischer Abbau (z.B. durch indirekte Photolyse) auf den Pflanzenoberfl\u00e4chen sein. Dies bedarf weiterer Untersuchungen. Trotz z.T. hoher Verfl\u00fcchtigungsraten ist eine Akkumulation von Fenpropimorph und Parathion-methyl in der Atmosph\u00e4re ist nicht zu erwarten, da beide Substanzen in der Atmosph\u00e4re einem sehr schnellen Abbau unterliegen. (DT50 < 1d). Die Verfl\u00fcchtigung von B\u00f6den ist aufgrund von Adsorption generell viel niedriger als von Pflanzen. So wurde auch nach Applikation auf unbewachsenen Boden eine sehr geringe Verfl\u00fcchtigung von Parathion-methyl und Terbuthylazin detektiert. Prinzipiell beginnt die Verfl\u00fcchtigung unmittelbar nach der Applikation mit relativ hohen Raten, die dann schnell auf ein sehr viel niedrigeres Niveau sinken. Die Verfl\u00fcchtigungskinetik war in diesem Experiment untypisch, die h\u00f6chsten Verfl\u00fcchtigungsraten wurden ca. 140 h nach Applikation gemessen. Die Verfl\u00fcchtigung von Terbuthylazin und Parathion-methyl war positiv mit der Bodenfeuchte korrelliert. Wegen sehr niedriger Bodenfeuchte im Oberboden bei Versuchsbeginn war so die Verfl\u00fcchtigung anf\u00e4nglich niedrig und nahm mit Beregnungs- bzw. Niederschlagsereignissen deutlich zu. Bei beiden Substanzen wurde von Versuchsbeginn an ein diurnaler Rhythmus der Verfl\u00fcchtigung beobachtet. F\u00fcr das nicht-radioaktiv markiert eingesetzte Fenpropimorph lag die Verfl\u00fcchtigung stets unterhalb der Nachweisgrenze. Obwohl die Bodenr\u00fcckst\u00e4nde des Windkanalversuchs gut mit den Feldproben \u00fcbereinstimmten, waren die im Feld gleichzeitig mittels mikrometeorologischer Methoden gemessenen Verfl\u00fcchtigungsraten wegen Unterschieden in der Bodenfeuchte, Applikationsvolumen, Beregnungsintensit\u00e4t und analytischen Besonderheiten deutlich h\u00f6her. Das Auftreten von nicht-identifizierten Metaboliten in Luftproben beider Experimente l\u00e4\u00dft vermuten, da\u00df auch Abbauprozesse auf Bodenoberfl\u00e4chen eine Rolle beim Verbleib von Pflanzenschutzmitteln spielen k\u00f6nnen. Nach Applikation auf Zuckerr\u00fcben stimmten die Fenpropimorph-Verfl\u00fcchtigungsraten im Windkanal mit den Feldmessungen sehr gut \u00fcberein. Auch die Fenpropimorph- und Clopyralid-R\u00fcckstandssituation in den Zuckerr\u00fcben im Windkanal deckte sich mit der Feldsituation. F\u00fcr Clopyralid wurde im Feld eine um den Faktor 2 h\u00f6here Verfl\u00fcchtigungsrate detektiert. Bei Auftreten eines unbekannten Clopyralid-Metaboliten in den Luftproben war der Unterschied gr\u00f6\u00dfer. M\u00f6glicherweise hat die Derivatisierungsmethode in diesen Luftproben zu einer \u00dcberinterpretation der Clopyralid-Verfl\u00fcchtigung im Feld gef\u00fchrt.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nErgebnisse dieses Forschungsvorhabens wurden stets z\u00fcgig der \u00d6ffentlichkeit zug\u00e4ngig gemacht: Ver\u00f6ffentlichung in nationalen und internationalen Journalen und B\u00fcchern sowie Poster und Vortr\u00e4ge auf nationalen und internationalen Tagungen (siehe Ver\u00f6ffentlichungsliste).\n\n\nFazit\n\nDer Windkanal \u00fcber einem Lysimeter hat sich als ein sehr geeignetes Forschungsinstrument erwiesen, um den Verbleib von Pflanzenschutzmitteln unter realit\u00e4tsnahen Bedingungen im Agrar\u00f6kosystem zu untersuchen. Der Einsatz 14C-markierter Substanzen erm\u00f6glicht dabei empfindlichste Analysen und vollst\u00e4ndige Bilanzen. Durch die Komplexit\u00e4t der Ergebnisse wurde deutlich, dass die Verfl\u00fcchtigung nicht getrennt von photolytischen Prozessen auf Pflanzen- und Bodenoberfl\u00e4chen betrachtet werden kann, d.h. beide Prozesse finden unter Freilandbedingungen zusammen statt und beeinflussen sich gegenseitig. In weiteren Vorhaben wird nun die Photolyse von Pflanzenschutzmitteln auf Blatt- und Bodenoberfl\u00e4chen untersucht werden, da hier erhebliche Wissensl\u00fccken bestehen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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