Nährstoffversorgung von Ackerbohnen im Ökologischen Landbau

Inadequate nutrient supply frequently limits biological nitrogen fixation (BNF), plant growth and grain yield of legumes. Under no-till conditions, root growth may be restrained and therefore reduce nutrient uptake. Our studies were carried out to assess the nutrient status of Vicia faba L. (particularly at the onset of bloom) in Germany by using newly created DRIS (Diagnosis and Recommendation Integrated System) norm values, Critical Nutrient Levels (CNL), and the optimum nutrient range. In a field experiment in 2010 at 4 sites (Klein-Altendorf, Wiesengut & 2 organic farms) the applied fertilizers were fermentation residues, compost, pomace, meat-bone-meal, rock-phosphate, sodium-molybdate, potassium sulphate, and borax. Nutrient elements measured in leaf samples were: C, N, S, K, Ca, P, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, B and Mo. As S was detected to be deficient, K2SO4 (35 kg S/ha) had a significantly positive effect on plant growth, yield and symbiosis

Entwicklung neuer Strategien zur Mehrung und optimierten Nutzung der Bodenfruchtbarkeit

In vier Teilprojekten wurden Strategien zur Optimierung des ökologischen Anbaus von Ackerbohnen und Erbsen in Feldversuchen untersucht. Im Fokus stand der Einfluss verschiedener Formen reduzierter Bodenbearbeitung und temporärer Direktsaat im Verbund mit Mulchen, Zwischenfruchtanbau und gezielter Nährstoffversorgung auf Ertragsleistung und Unkrautvorkommen. Das Wachstum von Ackerbohnen und Erbsen war nach Direktsaat im Vergleich zu Pflugbearbeitung retardiert und glich sich erst mit zunehmendem Vegetationsverlauf an. In der Mehrzahl der Versuche wurde bei Nichtvorhandensein perennierender Unkräuter bei insgesamt vglw. niedrigem Ertragsniveau kein fördernder Einfluss der Pflugbearbeitung auf den Kornertrag festgestellt. Nährstoffmangel, bspw. von Schwefel, kann bei Ackerbohnen ertragslimitierend sein und ist durch entsprechende DRIS basierte Düngungsverfahren behebbar. Nichtlegume Zwischenfrüchte erhöhten die N2-Nettofixierleistung von Ackerbohnen. Gezielte Verfahren reduzierter Bodenbearbeitung bzw. temporärer Direktsaat für Ackerbohnen, bspw. mit Nutzung von Strohmulch, sind bei geeigneten Standortbedingungen insbesondere geringer Unkrautdruck ohne wirtschaftliche Ertragseinbußen möglich; im Falle von Erbsen wird das Anbaurisiko deutlich erhöht

Neue Methoden zur Bekämpfung des Echten Mehltaus im Ökologischen Landbau

Blattoberflächen-modifizierende Salzapplikationen sollten als Bekämpfungsmittel gegen Echten Mehltau an Tomaten und Gurken getestet werden hinsichtlich folgender Eigenschaften: - Wirkung verschiedener Salze - Blattverträglichkeit - Untersuchung der unterschiedlichen Wirkungsmechanismen mittels REM - Übertragbarkeit in praxisnahe Versuche. Die verschiedenen Salzlösungen und Kombinationen aus diesen Salzen unterschieden sich deutlich in ihrer Wirkung auf Gurkenmehltau. Die beste Wirkung ergab sich mit allenfalls geringer Schädigung des Blattes mit 0,1% MnCl2, 1 % Patentkali (K2SO4/MgSO4) und 1% Knöterichextrakt. MnCl2 liegt auf Grund seines niedrigen Deliqueszenzpunktes ständig gelöst auf der Blattoberfläche vor, wogegen sich Knöterichextrakt und Patentkali auf der Blattoberfläche in einer Art „Salzkriechen“ verteilen durch häufigen Wechsel zwischen Trocknen und Wiederverflüssigung. Salzschäden ließen sich verringern durch Zusatz von Netzmitteln zur Sprühlösung. Rasterelektronische Visualisierung zeigte für alle untersuchten Lösungen einen direkt toxischen Effekt auf die Mehltausporen und ihre Hyphen in jeder Entwicklungsphase des Pilzes. Eine Verbesserung des Nährstoffstatus der Pflanzen scheidet als Wirkungsmechanismus aus, da alle Pflanzen optimal ernährt waren und die Behandlungen zu keinen signifikanten Veränderungen der Nährstoffgehalte in den Blättern führten. Besonders chloridische Salze führten z.T. zu erheblicher Nekrotisierung der Blätter. Da diese Salzlösungen jedoch auch in geringer Konzentration in der Lage waren, die Ausbreitung des Echten Mehltau effektiv zu verhindern, sollten Möglichkeiten zur Mikrodosierung dieser Salze geprüft werden. Extreme Witterungsbedingungen im Sommer 2003 führten dazu, dass Praxistests nicht ausgeführt oder normal beendet werden konnten. Es gilt jedoch als sicher, dass einige der untersuchten Salzmischungen in geringen Konzentrationen (zw. 0,1 und 1%) den Befall mit Echten Mehltaupilzen effektiv reduzieren können, ohne Blattoberflächen zu schädigen

Limits of Active Laser Triangulation as an Instrument for High Precision Plant Imaging

Laser scanning is a non-invasive method for collecting and parameterizing 3D data of well reflecting objects. These systems have been used for 3D imaging of plant growth and structure analysis. A prerequisite is that the recorded signals originate from the true plant surface. In this paper we studied the effects of species, leaf chlorophyll content and sensor settings on the suitability and accuracy of a commercial 660 nm active laser triangulation scanning device. We found that surface images of Ficus benjamina leaves were inaccurate at low chlorophyll concentrations and a long sensor exposure time. Imaging of the rough waxy leaf surface of leek (Allium porrum) was possible using very low exposure times, whereas at higher exposure times penetration and multiple refraction prevented the correct imaging of the surface. A comparison of scans with varying exposure time enabled the target-oriented analysis to identify chlorotic, necrotic and healthy leaf areas or mildew infestations. We found plant properties and sensor settings to have a strong influence on the accuracy of measurements. These interactions have to be further elucidated before laser imaging of plants is possible with the high accuracy required for e.g., the observation of plant growth or reactions to water stress

Modelling of Lemna minor L. growth as influenced by nutrient supply, supplemental light, CO2 and harvest intervals for a continuous indoor cultivation

Given the proper conditions, Lemna spp. rapidly produce a high amount of valuable biomass which is considered as an alternative source for feed and food. For a continuous and long-term indoor production under controlled conditions, environmental and harvest parameters have to be optimized to suppress algal growth and constantly yield a high-quality product. Experimentally assessing the effect of a larger number of parameters on the growth rate ri is impossible due to the theoretically high number of parameter combinations. Thus, a SIMILE® - based model has been developed. This enables production parameters to be assessed individually for its effect on the growth rate ri by a differential equation. Start values for numerical integration were taken from measured data and analytical solutions of the differential growth equation. At 400 ppm CO2, the regrowth rate ri in an optimized laboratory set-up amounted to 216 g FM·m−2d−1, harvesting one third of the biomass at intervals of 5 days. In up-scaled set-ups, lower regrowth rates ri of about 173 g FM·m−2d−1 (Kalkar) and 190 g FM·m−2d−1 (Berlin) were obtained, because temperature and light conditions were below optimum. At 3,500 ppm CO2, the regrowth rate ri in laboratory set-up increased to 323 g FM·m−2d−1 by shortening the harvest interval to three days. Maximum growth rates ri were obtained with an NH4+/NO3- ratio of 1/9 at 1.14 mM total N concentration. The results indicate how to optimize culture conditions and harvest intervals. Model runs closely match the experimental data taken from the three different approaches and thus confirm the validity of the model

Untersuchungen zum Eintrag von Antibiotika und natürlichen endokrinen Disruptoren nach Gülleausbringung in Gewässer Nordrhein-Westfalens

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Themenkomplex „Antibiotikarückstände in der aquatischen Umwelt“. Es werden dazu relevante Kompartimente und Eintragspfade in die Oberflächengewässer, ausgehend von Gülle und Bodenuntersuchungen, sowie Kläranlagenzulauf- und -ablaufproben auf Gehalte an Human- und Veterinärantibiotika untersucht. Zentrale Fragestellung war, wie Rückstände in die Gewässer gelangen, welche Zusammenhänge im aquatischen System bestehen, ob die veterinärmedizinische Anwendung einen Einfluss auf die Gehalte hat und welche Risiken oder Problematiken sich aus den Befunden ergeben. Nach der Vorstellung der untersuchten Klassen, der Wirkungsmechanismen, der Resistenzproblematik, der Darstellung der rechtlichen Grundlagen, der Verbrauchsmengen, der Eintragswege, sowie der abgeschätzten Umweltkonzentrationen, werden die verwendeten Nachweisverfahren, HPLC-UV, LC-MS/MS und Immunoassay (ELISA) zur Bestimmung von Rückständen in den besagten Matrizes, beschrieben. Es wurde ein SPE-Anreicherungsverfahren entwickelt, das in Kombination mit einem LCMS/ MS-Verfahren zur Bestimmung von Antibiotikarückständen in Oberflächengewässern diente. Daneben wurden Immunoassays u.a. für Sulfonamid-Antibiotika entwickelt und angepaßt, die die Bestimmung von Rückständen in Bodenextrakten und Güller erlauben. Ausgehend von Messungen in den Primär-Matrizes, wie Abwasser und Gülle konnten Rückstände im Bereich weniger μg/L im Abwasser bzw. weniger mg/L in Gülle (bis zu 19 mg/L) bestimmt werden. In mit Gülle beaufschlagten Böden konnten ebenfalls Rückstände, allerdings nur noch im μg/kg-Bereich, gefunden werden. In Oberflächenwasser lagen die Konzentration im ng/L-Bereich mit Höchstwerten von 300 ng/L. Am häufigsten traten Makrolide, Sulfonamide und Lincosamide auf. Dabei konnten Antibiotika sowohl aus der Human-, als auch aus der Veterinäranwendung gefunden werden, letztere allerdings in deutlich niedrigeren Konzentration von weniger als 10 ng/L (maximal 90 ng/L Tylosin). Daher konnte ein Einfluss der Landwirtschaft auf das Vorkommen von Rückständen in Gewässern nachgewiesen werden, wenngleich dieser Einfluss im Vergleich zum Einfluss der Humananwendung unbedeutend ist. Insgesamt gesehen, konnten die Eintragspfade von Antibiotika in die aquatische Umwelt aber aus beiden Bereichen der Anwendung nachverfolgt werden. Zwischen ländlichen Gebieten und dichter besiedelten Gebieten wurden keine Unterschiede deutlich. Da der weitaus größte Anteil aus Humanpharmaka besteht, die mit Kläranlagenabflüssen eingetragen werden, ist für die Gehalte der Anteil von Abwasser in den Gewässern bestimmend. Anhand von Gewässerscreeninguntersuchungen und Zeitreihen konnten interessante Zusammenhänge im aquatischen System erkannt werden: In den Flüssen besteht eine umgekehrte Proportionalität zwischen den Konzentrationen und den Wasserabflussmengen. Im Gegensatz dazu sind die Konzentrationen umso höher, je höher der Abwasseranteil in den Gewässern ist (direkte Proportionalität). Es wurden, ausgehend von den Konzentrationen im Oberflächenwasser und den Abflussmengen, die Frachten bestimmt. Die Frachten in einem Gewässer korrelieren mit der Anzahl der Einwohner in den Einzugsgebieten, deren Abwässer in die Flüsse und Bäche, oder deren Vorfluter eingeleitet werden. Außerdem sind die Frachten in den Gewässern in den Wintermonaten deutlich höher als in den Sommermonaten, was die Verschreibungssituation im Jahresverlauf widerspiegelt. Anhand der Frachten pro Einwohner wurden Unterschiede in den Flussgebieten deutlich, die auf die unterschiedlichen Abbauleistungen der Kläranlagen hinweisen. Dazu wurde festgestellt, dass die Frachten pro Einwohner, umso höher sind, je schlechter die Fähigkeit der Kläranlagen zur Stickstoffeliminierung ist. Es konnten also drei große Einflussfaktoren erkannt werden, die gemeinsam das Auftreten von Antibiotikarückständen in den Gewässern Nordrhein-Westfalens bestimmen: die Anwendungsseite, die hydrologische Seite und die Eliminationsseite. Die Bewertung der Ergebnisse zeigte, dass eine negative Beeinflussung der Resistenzsituation bei Bakterien oder eine sonstige Gefährdung durch die gefundenen, niedrigen Konzentrationen in den Umweltkompartimenten der hier untersuchten Boden- und Wasserproben zur Zeit nicht abgeleitet werden kann