Arsen-kontaminiertes Grundwasser stellt eine große Gefahr für zig Millionen von Menschen dar, insbesondere in Süd- und Südost-Asien, durch seine Verwendung als Trinkwasser und für die Bewässerung von Reisfeldern. Das Hauptziel dieses Projekts ist es gemeinsam mit Wissenschaftlern der Stanford University die Menge an giftigem Arsen in den beiden wichtigsten Expositionsquellen, Wasser und Reis, zu reduzieren und zu bestimmen wie i) Arsen effizient mit Wasserfiltern aus dem Trinkwasser entfernt und ii) die Arsenaufnahme durch Reis während der Nasskultivierung reduziert werden kann. Im ersten Teilprojekt planen wir in Vietnam zu untersuchen, unter welchen Bedingungen Wasserfilter Arsen effizient entfernen, wie lange die Filter verwendet werden können und ob gesundheits-schädigende Konzentrationen von Nitrate in den Filtern gebildet werden. Wir werden einen visuell sichtbaren Indikator in den Filtern entwickeln, der es der breiten Bevölkerung erlaubt, ohne analytische Verfahren oder besonderen Bildungsstand zu bestimmen, wann die Effizienz des Filters aufgrund der Sättigung mit Arsen verschwindet und das Filtermaterial ersetzt werden muss. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie das Arsen-verschmutzte Filtermaterial ohne weitere Risiken entsorgt werden kann. Im zweiten Teilprojekt werden wir untersuchen, ob die Stimulation von nitrat-reduzierenden, eisenoxidierenden Bakterien in Reisfeldböden die Arsenaufnahme in Reis reduziert durch die Bindung von Arsen an die gebildeten Minerale. Wir werden bestimmen, wie die Zugabe definierter Mengen an Nitrat helfen kann, gleichzeitig die Arsenaufnahme in den Reis und die Emission des Treibhausgases N2O zu minimieren. Dieses Projekt wird für die Bevölkerung in Arsen-betroffenen Ländern praktische Lösungen bieten, um mögliche Schädigungen durch Arsen und Nitrat zu reduzieren und ihre Gesundheit und Lebenssituation zu verbessern.
Klimabedingte Schadereignisse entstehen u.a. durch das Auftreten von Pilzen und Insekten, die in Mitteleuropa bis jetzt keine natürlichen Feinde haben und sich daher schnell ausbreiten können. Holzzerstörende Insekten, wie beispielsweise der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis, ALB), können durch den internationalen Handel über befallenes Schnitt- oder Verpackungsholz ungewollt importiert werden, und ihre Ausbreitung im Wald hat bereits zu wirtschaftlichen Schäden geführt. Bisherige Kontrollverfahren sind nicht ausreichend, so dass der Holzhandel und die Forstwirtschaft durch verbesserte präventive Maßnahmen unterstützt werden sollen. Ziel des Vorhabens ist es daher, ein Kontrollverfahren zu entwickeln und zu erproben, mit dem Lieferungen von Importware bzw. holzbasierten Verpackungen auf Befall von Schadinsekten überprüft werden können, bevor sie den weiteren Transport antreten.
Das Kontrollverfahren soll zwei Stufen umfassen:
1. Begutachtung einer Lieferung, ggf. Auswahl von Proben mit Verdacht auf Befall
2. Akustisches Verfahren zur Erkennung aktiven Befalls anhand der Schallemissionen von Insektenlarven bei der Nahrungsaufnahme.
Für die erste Stufe sind eine Strategie und eine Handlungsanweisung zur Probenauswahl anhand einfach feststellbarer visueller Befallsmerkmale (sichtbare Imagines, Larven, Bohrlöcher, Fraßgänge, Bohrmehl etc.) zu entwickeln. Hier kann man sich auf das übliche gutachterliche Fachwissen stützen, das bei der Schadensanalyse in Holzbauten angewandt wird.
Es ist bekannt, dass fressende Larven in Massivholz von außen messbare Körperschallemissionen verursachen und durch Analyse der Emissionsmuster über einen gewissen Zeitraum die Vitalität der Larven festgestellt werden kann. Dieses Verfahren soll adaptiert und weiterentwickelt werden: In der zweiten Stufe des Kontrollverfahrens könnten Verdachtsproben in einer temperierten und schallisolierten Prüfkammer für einen bestimmten Zeitraum (maximal einige Tage, möglichst kürzer) gelagert, mit Körperschallsensoren bestückt und auf Schallemissionen überwacht werden. Angestrebtes Projektergebnis ist eine vor allem praxistaugliche und wirtschaftliche Erkennungsmethode, die aus einer visuellen Begutachtung von Lieferungen und einer zusätzlichen akustischen Prüfung von Verdachtsproben besteht und z.B. bei Holzhändlern oder Überwachungsbehörden eingesetzt werden kann.
Unter Berücksichtigung der zunehmenden internationalen Arbeitsteilung in der Pflanzenproduktion, der Globalisierung des Handels allgemein, des weltweiten Tourismus und des Klimawandels wird es im Rahmen einer nachhaltigen pflanzlichen Erzeugung immer wichtiger, die Risiken durch Ein- und Verschleppung von Quarantäne-Schadorganismen und neuen invasiven Arten, die Schadenswirkungen auf Bäume haben, zu minimieren. Das Vorhaben möchte am Beispiel des Asiatischen Laubholzbockkäfers (ALB) ein Verfahren der Erkennung von Befallssymptomen im Kronenbereich mit Hilfe von Kleindrohnen entwickeln. Das Beispiel ALB wurde gewählt, da der Befall dieses aus Asien eingeschleppten Quarantäne-Schadorganismus, der in Europa und in den USA bereits mehrfach mit teils gravierenden Auswirkungen aufgetreten ist, eine Vielzahl von heimischen Baumarten erheblich gefährden kann. Eine unkontrollierte Ausbreitung ist unter allen Umständen zu verhindern. Deshalb müssen nach einschlägigen Regelungen der EU bei einem Befall umgehend ein engmaschiges Monitoring und geeignete Gegenmaßnahmen stattfinden. Jeder Baum im Umkreis von 2 km eines Auftretens muss vollständig begutachtet werden. Das bedeutet insbesondere die visuelle Prüfung des Stammes und der gesamten Krone auf Befallssymptome. Dies erfolgt derzeit mit Hilfe von Baumsteigern oder Ferngläsern vom Boden aus. Dies ist sehr aufwändig und in geschlossenen Laubwaldgebieten in dem gegebenen Zeitrahmen nur mit dem Einsatz enorm großer Arbeitskapazitäten zu bewältigen. Zudem ist die Verlässlichkeit der Detektion von Befallsmerkmalen vom Boden aus eingeschränkt (Fachgespräch zum Management des ALB in Deutschland am JKI im Dezember 2015). Mit einem sUAV-gestützten Verfahren könnte der Zeit- und Kostenaufwand der Ansprache der Befallssymptome in Verbindung mit einer höheren Erkennungssicherheit in den schwer erreich- und einsehbaren Baumkronen sowie auch in einem schwer zugänglichen und unwegsamen Gelände erheblich verbessert werden.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines Workflows zur effizienten Begutachtung der erforderlichen Bäume. Fluggerät und Sensor werden hinsichtlich ihrer Verlässlichkeit, Effizienz und praktischen Eignung anhand eines konkreten 'Use Cases' in Süddeutschland evaluiert. Besonderer Wert wird auf die konkrete und unmittelbare Anwendung der erzielten Forschungsergebnisse gelegt. Dies wird durch den stetigen Austausch mit Akteuren aus der Praxis, dem Projektpartner FVA, dem Pflanzenschutzdienst, den Unteren Forstbehörden und nicht zuletzt mit den betroffenen Waldbesitzern gewährleistet.