Agronomic evaluation of bone char as phosphorus fertiliser after five years of consecutive application

Knochenkohle (BC), hergestellt mittels einer technischen Pyrolyse von entfetteten Tierknochen aus Schlachtabfällen, könnte ein vielversprechender Phosphor (P) Recyc­lingdünger sein. Agronomische Bewertungen aus Langzeitversuchen fehlen jedoch bisher. Phosphor in BC (15% P) ist überwiegend in Strukturen ähnlich dem Hydroxy­lapatit (HA) gebunden. Es kann davon ausgegangen werden, dass in HA gebundener P aufgrund geringer Löslichkeit keine große Düngewirkung erzielt. Eine bessere Löslichkeit wird von Schwefel angereicherter BC (BCplus) erwar­tet.2013 wurde ein Feldversuch angelegt, um das Düngepotenzial von BC und BCplus im Vergleich zu P0 und Triple Superphosphat (TSP) zu testen. In Abhängigkeit der durchschnittlichen PCAL-Konzentration im Boden (0–30 cm) wurden Parzellen den Boden-P-Gehaltsklasse A (11 mg kg–1 PCAL), B (21 mg kg–1 PCAL), und C (47 mg kg–1 PCAL) zugeordnet. In Boden-P-Gehaltklasse A stieg der mittlere Relativertrag kumuliert für die erste Fruchtfolge (Wintergerste, Winterraps, Winterweizen, Lupine, Winterroggen) in der Reihenfolge P0 (90 %) < BC (94 %) < BCplus (95 %) < TSP (100 %) an. Die relative P-Auf­nahme (Korn) wurde durch die Düngevarianten in Boden-P-Gehaltsklasse A in der Reihenfolge P0 (81 %) < BC (88 %) < BCplus (91 %) < TSP (100 %) und in Klasse B von P0 (84 %) < BCplus (90 %) < BC (92 %) < TSP (100 %) beeinflusst. Bei ausreichender P-Versorgung (Boden-P-Gehaltsklasse C) wurde im Fruchtfolgemittel kein Dünger­einfluss auf die Ertragsbildung und die P-Auf­nahme beobachtet. Die PCAL-Konzentration im Boden wurde ausschließlich durch die Anwendung von TSP erhöht. Ausgehend von einer ausreichenden P-Versorgung (Boden-P-Gehaltsklasse C) werden weitere Versuchsjahre zeigen, ob Knochenkohlen in der Lage sind, die Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen mit P langfristig zu gewährleisten.Bone char (BC), pyrolyzed defatted bones from slaughterhouse waste, may be a promising secondary raw material to produce phosphorus (P) fertiliser, but its agronomic value has not yet been shown in longer-term field experi­ments. Phosphorus in BC (15 % P) is mainly bound in a structure similar to hydroxylapatite (HA). Generally, P in HA is of low solubility and, consequently, it can be expected that bones or BC have a low fertilisation value. Better solubility of P is expected from BC enriched with sulphur (BCplus). In 2013, a field experiment was established to test the fertilisation potential of BC and BCplus compared to a control (P0) and triple super phosphate (TSP) treatment. According to their mean PCAL concentrations (0–30 cm) plots were assigned to the initial soil P-test class (iSPTC) A (11 mg kg–1 PCAL), B (21 mg kg–1 PCAL), and C (47 mg kg–1 PCAL). After a first crop rotation an increased cumulative yield was determined for iSPTC-A depending on the fertiliser treatment with means of relative yield of P0 (90 %) < BC (94 %) < BCplus (95 %) < TSP (100 %). Effects on the relative P uptake of grain in iSPTC-A depending on the fertiliser treatment were in the order of P0 (81 %) < BC (88 %) < BCplus (91 %) < TSP (100 %) and in iSPTC-B of P0 (84 %) < BCplus (90 %) < BC (92 %) < TSP (100 %). Fertiliser treatments had no effect on mean yield and P uptake in the first crop rotation if initially sufficient soil P (iSPTC-C) was available. An increase of PCAL concentrations was only achieved by TSP fertilisation. Future experimental years will show, if BC fertilisers are able to maintain sufficient P availability to crops in the long term

Auswirkungen von größeren Steertmaschen bei Grundschleppnetzen auf Plattfischfänge in der Nordsee

The present fishing effort regulation for bottom trawls in the North Sea (EU 40/2008) reduces the fishing effort with larger co-dend mesh sizes (> 100 mm mesh opening) to 86 fishing days per year. The aim of this technical measure is the protection of the weak cod stock usually harvested with this mesh opening. By combining the results of our selectivity investigations on plaice during a commercial fishing trip and the samples taken within the frame of the EU data collection regulation (DCR) we could draw conclusions on commercial and non-commercial fish species. When using codend meshes with larger mesh opening the discard was reduced remarkably. In the reference codend with 80 mm mesh opening the undersized bycatch was 47 % of the total catch of plaice, in the experimental codends with 120 mm mesh opening it was only 7 % and with 130 mm mesh opening just 3 %. On the other hand however, the applied mesh openings in the experimental codends let escape marketable plaice to some extent. The loss of catch was assessed on the basis of fish numbers per length class using a length-weight conversion rate from the DCR. The loss by weight of marketable fish with 120 mm codend mesh opening was 18 %, and 28 % with 130 mm codend mesh opening. To assure the protection of young round and flatfish with one general mesh size, a new regulation should prescribe a minimum mesh opening of 120 mm, accompanied by an expansion of the fishing effort

Transfer of perchlorate into different plant parts – Can perchlorate contaminations of soils explain perchlorate findings in vegetables and fruits?

Im Jahr 2013 wurden in diversen Obst- und Gemüse­produkten aus verschiedenen Ländern hohe Perchlorat-Gehalte detektiert. Da Perchlorat auch in Düngemitteln nachgewiesen wurde und eine hohe Pflanzenverfügbarkeit aufweist, wurde angenommen, dass die Hauptquelle der Kontamination mineralische Dünger sein könnten. Prinzipiell sind aber auch andere Kontaminationspfade denkbar wie z.B. das Substrat, das Waschwasser im Aufbereitungsprozess der Gemüsebaukulturen oder die Behand­lung, die z.T. durchgeführt wird, um die Lager­fähigkeit der Gemüseprodukte zu erhöhen.Um die Perchlorat-Aufnahme von Gemüsepflanzen und den Transfer in unterschiedliche Pflanzenorgane zu untersuchen, wurden in der vorliegenden Arbeit Gewächs­hausversuche mit verschiedenen Kulturen durchgeführt. Die Versuche wurden mit Spinat (Spinacia oleracea) und Mangold (Beta vulgaris) beispielhaft für Blattgemüse, Radieschen (Raphanus sativus) und Mairüben (Brassica rapa L. var. rapa) als Vertreter von Wurzelgemüse und Tomate (Solanum lycopersicum L.) als ein fruchtbildendes Gemüse durchgeführt. Perchlorat wurde dem Subs­trat in steigenden Konzentrationen von 0 – 5 – 10 – 100 – 500 μg ClO4-/Gefäß einmalig zu Vegetationsbeginn (2 bis 6-Blattstadium) in gelöster Form zugesetzt. Die untersuchten Pflanzenspezies haben annähernd die gesamte ihnen verabreichte Perchlorat-Menge aufgenommen und der höchste Anteil von 70–100% wurde in den Blättern der untersuchten Gemüsearten wiedergefunden. In Radies­chenknollen und Mairüben wurden nur in den hohen Perchlorat-Stufen von 100 und 500 μg ClO4-/Gefäß Spuren von Perchlorat detektiert. In den Tomatenfrüchten wurde kein Perchlorat nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass kein Perchlorat-Transfer von den Blättern in die Früchte erfolgt, wenn Perchlorat nur einmalig zu Vegetationsbeginn appliziert wird.Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass Perchlorat-haltige Düngemittel durchaus kritisch im Einsatz bei Blattgemüse zu beurteilen sind, da näherungsweise das gesamte im Dünger enthaltene Perchlorat von den Pflanzen aufgenommen und in die Blätter transportiert wird. Für Wurzelgemüse und Gemüse, die eine längere Kulturdauer haben und Früchte ansetzen, ist das Risiko einer Perchlorat-Belastung als geringer zu beurteilen, wenn Perchlorat-haltige Dünger zu Vegetations­beginn eingesetzt werden. Für die mehrmalige Applikation während des Vegetationsverlaufs kann aus den vorliegenden Daten kein Rückschluss gezogen werden.High perchlorate findings were reported in fruits and vegetables from different countries in 2013. It was speculated that mineral fertilizers were responsible for the contamination because perchlorate was detected in substantial amounts in some fertilizers and is generally available for plant uptake. In principle, other source such as the growth medium, washing water, contamination during packaging or treatment of products to increase shelf-life of fruits and vegetables are potential contamination sources as well.A greenhouse trial was conducted with different vegetables to investigate the perchlorate uptake and transfer between different plant organs. For this purpose, spinach (Spinacia oleracea) and Swiss chard (Beta vulgaris) were grown as leafy vegetables, radish (Raphanus sativus) and May turnip (Brassica rapa L. var. rapa) as root vegetables and tomato (Solanum lycopersicum L.) as a fruit-bearing crop. Perchlorate was added to the substrate in concentrations of 0 – 5 – 10 – 100 – 500 μg ClO4-/pot to the young plants (two to six leaf stage). The investigated species took up almost the applied perchlorate and the highest proportion of 70–100% was detected in leaves. In the bulbs of radish and May turnip only at the higher level of 100 or 500 μg ClO4-/pot low concentrations of perchlorate could be detected. In tomato fruits no perchlorate was detected indicating that no transfer from leaves to fruits occurred, when perchlorate was applied in one dose at the beginning of the experiment. It can be concluded that the majority of perchlorate contained in fertilizers will be taken up by plants and will be stored mainly in leaves. Therefore, leafy vegetables have a high risk to be contaminated by perchlorate while the edible parts of bulb vegetables and fruits show a lower risk to be contaminated when perchlorate was applied at the beginn­ing of vegetative growth. No conclusions are possible if perchlorate-containing fertilizers are applied regularly over the whole vegetation period

Economic model predictive control for optimal operation of combined heat and power systems

© 2019. ElsevierThe use of decentralized Combined Heat and Power (CHP) plants is increasing since the high levels of efficiency they can achieve. Hence, to determine the optimal operation of these systems in the changing energy market, the time-varying price profiles for both electricity as well as the required resources and the energy-market constraints should be considered into the design of the control strategies. To solve these issues and maximize the profit during the operation of the CHP plant, this paper proposes an optimization-based controller, which will be designed according to the Economic Model Predictive Control (EMPC) approach. The proposed controller is designed considering a non-constant time step to get a high sampling frequency for the near instants and a lower resolution for the far instants. Besides, a soft constraint to met the market constraints for the sale of electric power is proposed. The proposed controller is developed based on a real CHP plant installed in the ETA research factory in Darmstadt, Germany. Simulation results show that lower computational time can be achieved if a non-constant step time is implemented while the market constraints are satisfied.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Optimal operation of combined heat and power systems: an optimization-based control strategy

The use of decentralized Combined Heat and Power (CHP) plants is increasing since the high levels of efficiency they can achieve. Thus, to determine the optimal operation of these systems in dynamic energy-market scenarios, operational constraints and the time-varying price profiles for both electricity and the required resources should be taken into account. In order to maximize the profit during the operation of the CHP plant, this paper proposes an optimization-based controller designed according to the Economic Model Predictive Control (EMPC) approach, which uses a non-constant time step along the prediction horizon to get a shorter step size at the beginning of that horizon while a lower resolution for the far instants. Besides, a softening of related constraints to meet the market requirements related to the sale of electric power to the grid point is proposed. Simulation results show that the computational burden to solve optimization problems in real time is reduced while minimizing operational costs and satisfying the market constraints. The proposed controller is developed based on a real CHP plant installed at the ETA research factory in Darmstadt, Germany.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Sulfur-enriched bone char enhances P uptake by maize in a perennial pot experiment

Phosphor (P)-Recycling aus Schlachtabfällen, Herstellung von Knochenkohle und deren Einsatz als Dünger ist ein vielversprechender Ansatz zum Schließen von Nährstoffkreisläufen, jedoch ist die Düngewirkung der Knochenkohle noch unklar. Deshalb wurden zwei Knochenkohlen (Knochenkohle (BC) und Knochenkohleplus (BCplus; schwefelangereicherte BC)) im Vergleich zu Triplesuperphosphat (TSP) in einem mehrjährigen Gefäßversuch mit Mais als stark P-abhängiger Fruchtart getestet. Die untersuchten Düngemittel beeinflussten sowohl die Trockenmasse als auch die P-Konzentration von Mais in der Reihenfolge BCplus, TSP &gt; BC. Die P-Aufnahme von Mais in der TSP-Variante erreichte im ersten Versuchsjahr 38 % des applizierten P und nahm in den Folgejahren stetig ab. Die P-Aufnahme in der BCplus-Variante blieb dagegen während der Versuchsdauer relativ konstant. Daraus folgt, dass der Recycling-P-Dünger BCplus eine ausreichende P-Verfügbarkeit für Nutzpflanzen langfristig aufrechterhalten kann.Recycling of phosphorus (P) from slaughterhouse waste, production of bone char (BC) and its use as fertilizer is a promising approach to close nutrient cycles but the fertilizer value of BC is not sufficiently clear. Therefore, two BCs (BC and sulfur-enriched BC (BCplus)) were tested in comparison with highly water-soluble triple superphosphate (TSP) in a perennial pot experiment with maize as test plant with high P-requirement. The fertilizers affected both the dry matter yields, and the P concentration of maize in the general order BCplus, TSP &gt; BC. The P uptake of maize in the TSP treatment accounted for 38% of the applied P in the first experimental year and decreased subsequently. By contrast, the P uptake in the BCplus treatment remained quite stable over time. In conclusion, the sulfur-enriched BCplus is able to maintain sufficient P availability to crops in the medium term and can be recommended as fertilizer

Rückwürfe in den Fischereien unter deutscher Flagge: Ergebnisse aus 6 Jahren Datenerhebungsprogramm am Institut für Seefischerei

Since 2002 Germany is obliged to collect fishery data to support the European Common Fishery Policy. Sampling of the com-mercial fishery under German flag is one duty within the EU fisheries data collection programme. During the past 6 years, 148 fishing trips were sampled by scientific observers onboard commercial fishing vessels to collect data on catch composi-tions with special emphasis on the proportions of landed and discarded fish. The results show that the proportion of discard is depending on the fishery. Highest discard rates were observed on beam trawl fishing trips. At the level of individual fishing trips, discard rates varied extremely within a fishery segment. Highest variations were found in the beam and bottom otter trawl fishery. In contrast, the discard rates in high-seas fisheries were low

Results of surgical thermoablation of primary and secondary liver tumors

Einleitung: Maligne primäre und sekundäre Lebertumoren sind immer häufiger diagnostizierte Erkrankungen, deren Therapiemöglichkeiten folglich zunehmend an Relevanz gewinnen. Eine Alternative zur klassischen chirurgischen Resektion stellt die Thermoablation (TA) dar, welche das Tumorgewebe mittels Radiofrequenz- oder Mikrowellenstrahlung verkocht. Trotz der Häufigkeit dieser Tumoren ist die qualitativ hochwertige Studienlage zum Thema TA eingeschränkt. Wir erhoffen uns durch diese Studie, den Stellenwert der chirurgischen TA zu analysieren und somit einen Beitrag für die zunehmend komplexere Therapieplanung im klinischen Alltag leisten zu können. Material und Methoden: Es wurde eine retrospektive Analyse der Daten unserer Klinik von 186 Thermoablationen bei 134 Patienten mit malignen Lebertumoren des Zeitraums 09/2010 bis 08/2021 durchgeführt. Das Gesamtüberleben stellte den primären Endpunkt dar. Sekundäre Endpunkte lagen im Auftreten von Lokalrezidiven (LR) an der Ablationsstelle, intrahepatischen de novo Rezidiven sowie extrahepatischen Metastasen nach der chirurgischen TA. In der statistischen Analyse wurden Risikofaktoren für den Eintritt dieser Studienendpunkte identifiziert. Die erhobenen Parameter wurden auf signifikante Zusammenhänge untersucht. Ergebnisse: Das mittlere Gesamtüberleben (OS) nach Ablation betrug 55,09 (KI95 = 47,52-62,66), das mittlere lokalrezidivfreie Überleben 71,13 (KI95 = 61,87-80,39) und das mittlere de-novo-rezidivfreie Überleben 33,85 (KI95 = 25,80-41,90) Monate. Insgesamt bildeten 28% der abladierten Herde ein LR aus. Als unabhängige Risikofaktoren zur Entstehung eines LRs nach TA konnten eine Tumorgröße > 20 mm, der perkutane Zugangsweg sowie keine zusätzlich erfolgte chirurgische Resektion identifiziert werden. 67,3% der Patienten entwickelten ein intrahepatisches de novo Rezidiv nach Ablation. Risikofaktoren für die Ausbildung eines solchen lagen in multiplen Ablationen (≥ 2) sowie einer zusätzlich erfolgten chirurgischen Resektion. Das OS wurde von multiplen Ablationen (≥ 2) sowie abusivem Alkoholkonsum negativ beeinflusst. Keinen Einfluss auf das OS hatten Alter sowie Geschlecht der Patienten. Das Risiko für postoperative Komplikationen stieg mit der Invasivität des genutzten Zugangsweges und lag bei 0,0% für den perkutanen, bei 23,1% für den laparoskopischen und bei 43,2% für den offen chirurgischen Zugangsweg. Für Ablationen in offenem oder laparoskopischem Vorgehen ergab sich eine Lokalrezidivrate von 16,2%. Schlussfolgerung: Die TA stellt unabhängig von Alter und Geschlecht eine ernstzunehmende und sichere Therapieoption bei Patienten mit nicht-resektablen Lebertumoren dar. Insbesondere Patienten mit kleinen nicht-resektablen Lebertumoren (≤ 20 mm) unterschiedlichen Ursprungs konnten in der Studie deutlich von einer TA profitieren. Das beste Ergebnis bei alleiniger TA wurde bei Nutzung des laparoskopischen Zugangswegs erzielt.Introduction: Primary and secondary liver malignancies are common diseases with increasing frequency, consequently therapeutic options are becoming more relevant. An alternative option for the treatment of surgically non-resectable liver tumors is the method of thermal ablation, in which heat is produced by radiofrequency or microwave radiation to destroy the tumor tissue. Despite the frequency of these tumors, high quality prospective randomized studies on thermal ablation are scarce. With this study, we aimed at analysing the value of surgical thermal ablation and thus contribute to the increasingly complex planning of treatment. Material and methods: We performed a retrospective analysis of data of 186 thermal ablations in 134 patients with liver malignancies from our hospital during the time interval from 09/2010 to 08/2021. The primary endpoint of this study was the overall survival. Secondary endpoints were local recurrence (lr) at the ablation site, new intrahepatic recurrence distant from the ablation site, and extrahepatic metastases after surgical thermal ablation. In the statistical analysis, we identified risk factors leading to the development of study endpoints. Additionally, we checked for significant correlations within our study parameters. Results: Mean overall survival (OS) after ablation was 55.09 (CI95 = 47.52-62.66), mean local recurrence-free survival was 71.13 (CI95 = 61.87-80.39) and mean survival without new intraheptaic recurrence distant from the ablation site was 33.85 (CI95 = 25.80-41.90) months. Overall, 28% of tumors treated with thermal ablation developed lr. Tumor size > 20 mm, percutaneous access, and no additional resection were identified as independent risk factors for their development. 67.3% of patients treated with thermal ablation developed new intrahepatic recurrence distant from the ablation site. Risk factors for the development of these were multiple ablations (≥ 2) and an additional surgical resection. OS was negatively affected by multiple ablations (≥ 2) as well as by abusive alcohol consumption. It was not influenced by patient age or gender. The risk of postoperative complications increased with the invasiveness of the surgical approach used and was 0.0% for percutaneous, 23.1% for laparoscopic, and 43.2% for open approach. For ablations performed in open or laparoscopic approach, the local recurrence rate was 16.2%. Conclusion: Thermal ablation is an effective and safe therapeutic option for patients with non-resectable liver malignancies regardless of patient age and gender. Especially patients with small non-resectable liver tumors (≤ 20 mm) of various origins may benefit from thermal ablation. The laparoscopic approach achieved best outcomes for ablation without concomitant resection

Einfluss der Düngung mit Knochenkohlen auf Winterrapsertrag und Phosphataseaktivität in Abhängigkeit der Phosphorverfügbarkeit des Bodens

Hohe Phosphor- sowie geringe Schwermetallgehalte von Knochenkohle (KK) sprechen für den Einsatz dieser alternativen Phosphordünger. Da KK überwiegend aus Hydroxylapatit besteht weist sie eine geringe P-Löslichkeit auf, die durch eine Oberflächenmodifikation verbessert werden kann. Aus diesem Grund wurden KK und oberflächenmodifizierte KK (KKplus) in einem Feldversuch vergleichend zu einer Tripelsuperphosphat (TSP)-Düngung getestet. Die Versuchsanlage auf einem vormaligen P-Steigerungsversuch ermöglichte einen direkten Vergleich der P-Wirksamkeit in Abhängigkeit von unterschiedlichen P-Bodengehalten. Die verfügbaren P-Gehalte (Calcium-Acetat-Lactat, CAL) lagen vor Versuchsbeginn zwischen 13-60 mg kg-1 und konnten annähernd den Bodengehaltsklassen A-C zugeordnet werden. Im zweiten Versuchsjahr (Winterraps) wurden die höchsten Erträge auf den ursprünglich am schlechtesten mit P versorgten Parzellen erzielt. Die KK Variante zeichnete sich durch signifikant höhere P-Gehalte im Korn und P-Entzüge in den Bodengehaltsklassen A und B aus. Zu vier Zeitpunkten (BBCH 16, 32, 65, 77) wurden Bodenproben aus der Rhizosphäre genommen und wasserlösliches P, CAL-P, alkalische und saure Phosphatasen (AP, SP) bestimmt. AP und SP waren in Böden mit höheren P-CAL-Gehalten geringfügig reduziert. Statistisch gesicherte Düngerwirkungen waren nicht zu beobachten. Jedoch zeigten sich erhöhte SP-Aktivitäten in schlecht versorgten Böden in der Null- und der KK-Variante zum Zeitpunkt der Fruchtentwicklung, während die KKplus und TSP-Varianten ähnliche, wenn auch geringere, Aktivitäten aufwiesen. Somit kann vermutet werden, dass KKplus und TSP eine ähnlich starke Düngerwirkung hatten und zu einer Reduktion der Enzymaktivitäten führten. Die wasserlösliche P-Fraktion spiegelte dies jedoch nicht wider. Diese war in allen Bodengehaltsklassen für die TSP-Variante, z.T. signifikant, am höchsten