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Quantification of small-scale physicochemical properties of intact macropore surfaces in structured soils

In structured soils, the interaction of percolating water and reactive solutes with the soil matrix is mostly restricted to the surfaces of preferential flow paths. Flow paths, i.e., macropores, are formed by worm burrows, decayed root channels, cracks, and inter-aggregate spaces. While biopores are covered by earthworm casts and mucilage or by root residues, aggregates and cracks are often coated by soil organic matter (SOM), oxides, and clay minerals especially in the clay illuviation horizons of Luvisols. The SOM as well as the clay mineral composition and concentration strongly determine the wettability and sorption capacity of the coatings and thus control water and solute movement as well as the mass exchange between the preferential flow paths and the soil matrix. The objective of this proposal is the quantitative description of the small-scale distribution of physicochemical properties of intact structural surfaces and flow path surfaces and of their distribution in the soil volume. Samples of Bt horizons of Luvisols from Loess will be compared with those from glacial till. At intact structural surfaces prepared from soil clods, the spatial distribution (mm-scale) of SOM and clay mineral composition will be characterized with DRIFT (Diffuse reflectance infrared Fourier transform) spectroscopy using a self-developed mapping technique. For samples manually separated from coated surfaces and biopore walls, the contents of organic carbon (Corg) and the cation exchange capacity (CEC) will be analyzed and related to the intensities of specific signals in DRIFT spectra using Partial Least Square Regression (PLSR) analysis. The signal intensities of the DRIFT mapping spectra will be used to quantify the spatial distribution of Corg and CEC at these structural surfaces. The DRIFT mapping data will also be used for qualitatively characterizing the small scale distribution of the recalcitrance, humification, and microbial activity of the SOM from structural surfaces. The clay mineral composition of defined surface regions will be characterized by combining DRIFT spectroscopic with X-ray diffractometric analysis of manually separated samples. Subsequently, the spatial distribution of the clay mineral composition at structural surfaces will be determined from the intensities of clay mineral-specific signals in the DRIFT mapping spectra and exemplarily compared to scanning electron microscopic and infrared microscopic analysis of thin sections and thin polished micro-sections. The three-dimensional spatial distribution of the total structural surfaces in the volume of the Bt horizons will be quantified using X-ray computed tomography (CT) analysis of soil cores. The active preferential flow paths will be visualized and quantified by field tracer experiments. These CT and tracer data will be used to transfer the properties of the structural surfaces characterized by DRIFT mapping onto the active preferential flow paths in the Bt horizons.

Klimaschutz im Erwerbsobstbau durch modellgestützte Bilanzierung und intelligente Reduktion von THG-Emissionen auf dem digitalen Zukunftsbetrieb, Teilprojekt C

Klimaschutz im Erwerbsobstbau durch modellgestützte Bilanzierung und intelligente Reduktion von THG-Emissionen auf dem digitalen Zukunftsbetrieb, Teilprojekt B

Klimaschutz im Erwerbsobstbau durch modellgestützte Bilanzierung und intelligente Reduktion von THG-Emissionen auf dem digitalen Zukunftsbetrieb, Teilprojekt A

Technische Lösungen zur Senkung der Umweltbelastung durch Biozide

<p>Insektizide oder Grünbelagsentferner werden im Außenbereich häufig versprüht. Dabei hängt es insbesondere von den verwendeten Geräten ab, wie stark die Chemikalien durch Abdrift auch in Bereiche getragen werden, die eigentlich nicht behandelt werden sollen. Durch die richtige Geräteauswahl kann die Belastung der Umwelt reduziert und der Gebrauch der Produkte effektiver gestaltet werden.</p><p>Im Auftrag des Umweltbundesamts führte das Julius Kühn-Institut großangelegte Messungen zur ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Abdrift#alphabar">Abdrift</a>⁠ von Biozidanwendungen mit hohem Abdriftpotential durch, um die Auswirkungen auf die Umwelt und mögliche Risikominderungsmaßnahmen zu evaluieren. Zu diesen Anwendungen gehören beispielsweise die Bekämpfung des Eichenprozessionsspinners, die Bekämpfung von fliegenden und kriechenden Insekten und die Entfernung von Algen auf Terrassen und Wegen. Ein Exkurs enthält eine Literaturrecherche mit Geräten, die zur Moskitobekämpfung eingesetzt werde können. Diese Recherche zeigt die Unterschiede zwischen Geräten zur Vektorbekämpfung und Geräten zum Einsatz von Pflanzenschutzmitteln.</p><p>Zur Messung der Abdrift bei der Bekämpfung des Eichenprozessionsspinners wurden sowohl in einem vorhergehenden als auch in diesem Projekt in verschiedenen Anwendungsbereichen, wie Einzelbaum, Allee und Waldrand, und mit verschiedenen Geräten, wie Sprühkanone, Hubschrauber und UAV, Untersuchungen durchgeführt. Das Ergebnis ist eine Liste von empfohlenen Abdrifteckwerten, die in Zukunft bei der Expositionsbewertung im Rahmen der Produktzulassungen verwendet werden können. Zur Messung der Abdrift bei der Bekämpfung von fliegenden und kriechenden Insekten und bei der Entfernung von Algen wurden erste Untersuchungen mit einer Rückenspritze an einer Hauswand und auf einem gepflasterten Weg durchgeführt.</p><p>Basierend auf allen Ergebnissen werden Empfehlungen zur Expositionsbewertung und möglichen Maßnahmen zur Driftreduktion gegeben. Diese beinhalten einen Wechsel von Sprühkanonen mit pneumatischer Zerstäubung zu Sprühkanonen mit hydraulischer Zerstäubung mit drift-reduzierenden modernen Düsen oder den Wechsel von Hohlkegeldüsen zu Flachstrahldüsen bei der Verwendung von Rückenspritzen. Die Ergebnisse der Versuche zum Run-off zeigten zudem hohe Verluste von bis zu 50%, die minimiert werden könnten, indem bei vertikaler Applikation angemessene Aufwandmengen empfohlen werden. Diese Ergebnisse können in der Praxis angewendet werden, um die Belastung der Umwelt zu reduzieren.</p><p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/reducing-environmental-exposure-to-biocides-through">Ein Factsheet des UBA</a> fasst die Ergebnisse der zwei Forschungsvorhaben knapp zusammen.</p>

Herabsetzung des Pflanzenschutzmittelaufwandes u. Verringerung der Umweltbelastung durch Verbesserung d. Applikationstechnik (Abstreifgeraete, Rotationsduesen im Feldbau, Feinspruehen im Obst- und Weinbau, elektrostatische Aufladung der Troepfchen)

Die Flaechenleistung und Zielgenauigkeit der Geraete soll erhoeht, die Abtrift verringert und der Praeparateaufwand gesenkt werden. Dadurch wurde der chemische Pflanzenschutz nicht nur oekonomischer sondern auch umweltfreundlicher.

Umweltbelastung durch Biozid-Abdrift mindern: Praktische Untersuchung der Abdrift von Geräten zur Biozid-Ausbringung und Erarbeitung von Maßnahmen zur Abdrift-Minderung

Durch Abdrift gelangen Biozide bei bestimmten Anwendungsarten (z.B. Sprühen von Insektiziden) unerwünscht auf Flächen / in Gewässer, die nicht behandelt werden sollen. Die Anwendungstechnik kann einen wesentlichen Beitrag leisten, damit die Auswirkungen auf den Naturhaushalt gemindert werden. In dem Vorhaben sollen Geräte zur Ausbringung von Bioziden hinsichtlich ihres Abdriftpotentials untersucht und mit Hilfe der Ergebnisse Möglichkeiten der Abdriftreduzierung herausgearbeitet werden. Das Vorhaben baut auf einem bereits laufenden Vorhaben auf.

Kognitiv intelligenter Overspray-Rückgewinnungsprozess zur Materialeffizienzsteigerung bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung

Entwicklung praxisrelevanter Risikominderungsmaßnahmen und einer guten fachlichen Anwendung für Stallinsektizide (PT18) und Stalldesinfektionsmittel (PT03) für den Umweltbereich

Der Einsatz von Stallinsektiziden und Mitteln zur Stalldesinfektion ist notwendig, um den Keimdruck und damit die Wahrscheinlichkeit des Ausbruchs von Krankheiten und Tierseuchen in Ställen möglichst gering zu halten. Sie ist entsprechend gesetzlich vorgeschrieben. Bei den eingesetzten Substanzen handelt es sich i.d.R. jedoch um potente Biozide wie z.B. Neonicotinoide, Pyrethroide oder auch Carbamate, die nicht nur Effekte an den Schadorganismen im Stall (krankheitsübertragende Arthropoden, pathogene Mikroorganismen) hervorrufen, sondern auch sog. Nicht-Zielorganismen in der Umwelt schädigen können, wenn sie in die Umwelt ausgebracht werden. Dies kann zum einen im Rahmen der Anwendung erfolgen (Abdrift, falsche Anwendung) und ist abhängig von der Bauart (offen vs. geschlossen) und der Belegung des Stalls mit Tieren (aus- vs. eingestallt). Zum anderen kann ein Eintrag in die Umwelt auch nachfolgend durch die Ausbringung von behandelter oder mit Reststoffen kontaminierter Gülle auf landwirtschaftlich genutzte Flächen, über Abwässer direkt in Oberflächengewässer bzw. indirekt in Kanalisation und Kläranlage und somit in den Vorfluter bzw. bei Klärschlammausbringung auf den Boden erfolgen. Um das Risiko für die Umwelt und darin lebenden Organismen gering zu halten, ist eine adäquate Anwendung der entsprechenden Produkte und Einhaltung strikter Risikominderungsmaßnahmen notwendig. Die bisherigen Erfahrungen im Rahmen der Zulassung von Biozid-Produkten z.B. bei den Nagetierbekämpfungsmitteln und Erfahrungsberichte aus der Viehhaltung haben gezeigt, dass dies nur bedingt der Fall ist. Zudem hat sich gezeigt, dass vielen Anwendern der Unterschied zwischen Reinigung und Desinfektion sowie Entwesung/Schädlingsbekämpfung nicht bekannt ist. Daher sollen im Rahmen des Vorhabens, nach der Analyse der bisherigen Praxis, adäquate Risikominderungsmaßnahmen (RMM) und eine gute fachliche Praxis (GfP) zur Anwendung von Stallinsektiziden und Stalldesinfektionsmitteln erarbeitet werden. Ziel ist dabei die langfristige Etablierung eines ganzheitlichen Hygienemanagements im Stall, das neben Reinigung und Desinfektion auch die Entwesung inkl. Präventionsmaßnahmen enthält. Die entwickelten RMMs und GfP sollen anschließend auf EU-Ebene abgestimmt werden und dann in allen Mitgliedsstaaten Anwendung finden, um ein einheitliches Schutzniveau in Europa zu gewährleisten.

Überprüfung der biologischen Wirksamkeit sowie der Anlagerung und Abdrift von Pflanzenschutzmitteln bei der Applikation mit Hilfe von unbemannten Kleinhubschraubern in Weinbausteillagen

Im Vorhaben sollen mittels der derzeit verfügbaren Octocopter die grundsätzliche Eignung von uKH (unbemannter Kleinhubschrauber) für die Durchführung von Pflanzenschutzmaßnahmen in Steillagen hinsichtlich der Anlagerung, der biologischen Wirksamkeit und der Abdrift von Pflanzenschutzmitteln untersucht werden. Da zum Einsatz von uKH bislang kaum Erfahrungen vorliegen, soll in diesem Vorhaben die Sammlung von Daten im Fokus stehen, die für die Risikoabschätzung im Zulassungsverfahren für die Applikation von Pflanzenschutzmitteln mit Hilfe von uKH in Weinbausteillagen von Relevanz sind. Anhand der Ergebnisse soll geprüft werden können, ob und inwieweit die hier untersuchten Prüfsysteme für den Einsatz in der Praxis wirksam und sicher eingesetzt werden können und eine empfehlenswerte Alternative für den Großhubschraubereinsatz im Steillagenweinbau darstellen. Ausschlaggebend für die Praxiseinführung von uKH ist der Nachweis der biologischen Wirksamkeit des Verfahrens. Weiterhin sollten möglichst geringe Abdriftwerte bei der Applikation, eine einfache und sichere Anwendbarkeit des uKH und die betriebswirtschaftliche Tragfähigkeit des Systems gewährleistet sein. Der Nachweis der biologischen Wirksamkeit und von geringen Abdriftwerten dieser neuen Technologie dient im Weiteren als Grundlage für den Gesetzgeber, die rechtlichen Rahmenbedingungen den technischen Veränderungen anpassen zu können und leistet damit einen Beitrag zum Erhalt und der Sicherung der sowohl kulturell wie auch ökologisch wichtigen Weinbergsteillagen.

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