Monitoring of total contents of copper in organically and conventionally managed soils. Part 1: Study plan and preliminary sampling of copper and other anthropogenic induced heavy metal contents in vineyard soils

The project aims to develop a survey designed for the representative assessment of copper contents in vineyard soils. The method development for the sampling of adequate monitoring areas is based on a preliminary survey of load distribution as well as on exposure assessment on selected areas of some typical vinery sites in Rheinland-Pfalz, differently managed and with different use history. Additionally to the sampling of selected areas, which reflects the spectrum of the load situation in viticulture, chemical quantitative analysis of soil samples collected from areas of known mode of cultivation and history followed by biological standard tests will be conducted. Obtained findings will serve for further method development, for preselection of adequate monitoring areas and for first indications of hazard potential. The project is a prerequisite for the performance of the long-term study “Development of current data of effects of copper contents in organic soils in viticulture, pomiculture and hopculture on soil life in terms of the strategypaper concerning further copper application in agriculture, especially in organic farming.

Erhebung von Kupfergesamtgehalten in ökologisch und konventionell bewirtschafteten Böden. Teil 1: Gesamtgehalte in Weinbergsböden deutscher Qualitätsanbaugebiete

Die in den Jahren 2009 und 2010 vorgenommenen Beprobungen waren konzipiert, eine Übersicht über die Kupfergesamtgehalte in den deutschen Weinanbau­ge­bieten zu erhalten. Die damit gewonnene Datengrund­lage kann sowohl weiteren spezifischeren Erhebungen als auch der Festlegung von Dauerbeobachtungsflächen dienen und ist Voraussetzung für die Auswahl von Flächen zur Untersuchung der Auswirkungen der Kupferbelastungen auf das Bodenleben im Sinne des Strategie­papiers zum Einsatz von Kupfer als Pflanzenschutzmittel in der Landwirtschaft unter besonderer Berücksichtigung des ökologischen Landbaus. Insgesamt wurden 2087 Einzelproben aus den Bodenhorizonten bis 5 cm und bis 20 cm von 85 Reblagen an konventionell und ökologisch bewirtschafteten Stand­orten unter den Aspekten einer repräsentativen Erfassung der Belastungsverteilung entnommen. Auf der Basis von Gesamtgehalten wird die Belastungssituation und -verteilung ökologisch und konventionell bewirtschafteter Prüf- und Referenzflächen deutscher Anbaugebiete dargestellt. Der Einfluss von Begrünung und Bodenbearbeitung auf die Cu-Verteilungsmuster in den Boden­horizonten bis 5 cm und bis 20 cm sowie die Gesamt­gehaltsunterschiede in Böden zwischen Rebstöcken und zwischen Rebreihen werden diskutiert. Es wurden 56 ökologisch und 29 konventionell bewirtschaftete Reblagen, bestehend jeweils aus Prüffläche, passender aus der Nutzung genommene Referenzfläche und weinbaulich nie genutzter Kontrollfläche beprobt. Die Einbindung der Referenzflächen erfolgte im Hinblickauf die in Aussicht genommenen biologischen Beprobungenzur Einschätzung der Auswirkungen aktueller Bewirtschaftungsmaßnahmen wie der Bodenbearbeitung auf die Bodenorganismen. Von Prüf- und Referenzflächen deutscher Qualitäts­anbaugebiete wurden die Kupfergesamtgehalte für denBodenhorizont bis 20 cm aus 581 Bodenproben bestimmtund als Minimal-, Mittel- und Maximalwert sowie als verschiedene Percentile dargestellt. Bei der Erhebung konnte durch Verknüpfung von Daten zur Bewirtschaftungsgeschichte mit den bestimmten Flächenbelastungen und aufgefundenen Literaturstellen nachgewiesen werden, dass die gemessenen Belastungsspitzen aus hohen Kupfereinträgen der Jahre 1890 bis etwa 1940 resultieren, als noch bis zu 50 kg Kupfer pro Jahr und Hektar zur Schaderregerbekämpfung im Weinbau angewandt wurden. Anhand der gewonnenen Daten zur Belastungssitua­tion, Standortbeschreibung und Bewirtschaftungsdauer werden 15 Reblagen vorgeschlagen, die aufgrund ihrer Eigenschaften einen bestimmten Standorttyp repräsentieren und die standortlichen Voraussetzungen bieten, durch eine Erhebung zum Vorkommen von Lumbriciden,Rückschlüsse auf das Risiko für Bodenlebewesen zu ziehen,das der Kupferanreicherung im Boden zuzuschreiben ist. Der Wissenstransfer in die Praxis ist durch enge Abstimmung und Beteiligung der Verbände und Fach­gespräche mit den beteiligten Kreisen sichergestellt. Die aus den Erhebungsdaten abgeleitete Belastungssituation wird den am Zulassungsverfahren beteiligten Behörden zur Verfügung gestellt

Use of Copper Containing Plant Protection Products in Germany

Die Abschätzung der als Pflanzenschutzmittel eingesetzten Kupfermenge im Jahr 2008 in Deutschland hat gezeigt, dass sich durch die flächenmäßige Ausweitung des Ökologischen Landbaus die hier eingesetzten Kupfermengen um 10 t auf 34,1 t jährlich im Vergleich zu 2005 erhöht haben. Die Gesamteinträge durch Pflanzenschutzmittel aus der konventionellen Landwirtschaft sind aber etwa 10-mal höher und liegen bei jährlich 289,5 t. Vergleicht man die Anwendung der Mittel in den verschiedenen Kulturen, so werden im Hopfenanbau (4–7 kg/ha und Jahr) die höchsten Kupfereinträge registriert. Beispielhaft konnten für das Obstanbaugebiet Bodensee die jährlichen Kupfereinträge berechnet werden. Im Mittelwert liegt der Eintrag für alle Gemeinden bei 1,57 kg/ha und Jahr. Es kann eingeschätzt werden, dass im Vergleich zum Eintrag über Wirtschaftsdünger (ca. 2300 t/ha und Jahr) oder Klärschlamm (ca. 450 t/ha und Jahr) der Eintrag über Pflanzenschutzmittel gering ist. Eine weitere Anwendung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel in den nächsten 10 Jahren, mit den hier vorgestellten Mengenangaben, würde nur zu einer weiteren sehr geringen Erhöhung des Gesamtkupfergehaltes im Boden beitragen. Darüber hinaus ist durch die absehbare Entwicklung neuer kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel mit Niedrigkonzentrationen mit einer Reduzierung der Kupfereinträge in den kommenden Jahren zu rechnen.The estimation of the applied quantity of copper pesticides in Germany in 2008 has shown that the site related extension of organic farming increased copper use by 10 tonnes to 34.1 tonnes per year as compared to 2005. However, total entries originating from pesticide applications of non-organic farming are about 10 fold, i. e. about 289.5 tonnes per year. Comparing between pesticide applications on various crops, highest copper applications have been registered for hop (4–7 kg/ha and year). As an example yearly copper applications could be calculated for the lake of Constance fruit growing region. Copper application averages 1.57 kg/ha and year for all municipalities. It may be considered that the entry through pesticides is low as compared to fertilizers (appr. 2300 tonne/ha and year) or sewage sludge (appr. 450 tonnes/ha and year). Continued application of copper pesticides at the before mentioned rates for the next 10 years would only result in a very small increase in total copper content in soil. Furthermore, the development of new low-concentrated copper pesticides could lead to a decrease of copper entries in the coming years

Bioavailable copper and other heavy metal contents in organically and conventionally managed German vineyard, hop and pomiculture soils. Part 5: – Determination of bioavailable contents of copper and other heavy metals by CaCl2-extraction

Ziel der Untersuchungen war es zu klären, welche Faktoren angesichts unterschiedlicher Bewirtschaftungsweisen und Standortbedingungen maßgeblich die Verfügbarkeit von Kupfer für Regenwürmer auf Wein-, Hopfen- und Baum­obstbauflächen bestimmen. Es konnte eine hohe Korrelation zwischen den regenwurmverfügbaren Gehalten und Gesamtgehalten mit Korrelationskoeffizienten von r = 0,72–0,81 nachgewiesen werden. Desweiteren wurden mittlere bis schwache Zusammenhänge mit der Bewirtschaftungsdauer, dem pH-Wert im Boden und dem organischem Substrat im Boden festgestellt. Diese Zusammenhänge lassen darauf schließen, dass die Kupferverfügbarkeit im Boden von einer Vielzahl pedologischer, ökologischer und bewirtschaftungstechnischer Einflüsse geprägt wird. Die hier durchgeführte Bestimmung des für Bodenlebewesen (Regenwürmer) verfügbaren Anteils von Kupfer und anderen Schwermetallen im CaCl2-Extrakt führt zu folgenden Schlussfolgerungen: a)Die im CaCl2-Extrakt ermittelten mobilen Kupferanteile werden integraler Bestandteil der Bewertungsmatrix für die Flächenauswahl zur Durchführung der biologischen Zustandserhebung der Regenwurmzönose. Damit wird auch die Vergleichbarkeit gewonnener Daten von langjährig bewirtschafteten Reblagen mit aktuellen Studien der COPPER TASK FORCE auf Grünland sicher gestellt. b)Es sind weitere gezielte chemische und biologische Untersuchungen erforderlich, die für die Bioverfügbarkeit verantwortlichen Faktoren Standort, Bewirtschaftungsdauer, Bewirtschaftungsweise, Bodenbearbeitung und Pflanzenschutzmanagement zu identifizieren und hinsichtlich ihrer Auswirkungen zu quantifizieren, z.B. –Vergesellschaftung von Kupfer mit Bodenbestandteilen –Einflussfaktoren auf Abundanzen und postulierte Artenanpassung bei konkreten Belastungssituationen im Freiland.    Objective of the examinations is to indentify relations between bioavailable copper contents in vineyard, hop and pomiculture soils and management or natural factors. A good correlation (r = 0,72–0,81) between bioavailable and total copper contents could not be verified. In addition medium-weak relations of bioavailable copper and duration of cultivation, pH and organic substance in the soil could be demonstrated. These relations prove that the availability of copper depends on a variety of pedo­logical, ecological and cultivation related influences not allowing an exposure assessment for groups of soil orga­nisms relevant for a sustainable culture by using a specific extraction method. Investigations took place in preliminary studies of biological status report with collected soil samples covering characteristic vine, hop and pomiculture areas to determine the for earthworms available parts of copper and other heavy metals by CaCl2 extraction resulted in following conclusions: a) By CaCl2 extraction determined soluble copper portion becomes part in the valuation matrix for the selection of areas which representing specific requirements for a biological sampling on species abundance of lumbricidae as an instrument of risk assessment for soil dwelling organisms. By it will be guarantee the comparability obtained data from long time cultivated vine areas with topical studies of the COPPER TASK FORCE in grassland. b) It will be up to additional specific chemical and biological investigations to identify the main factors (e.g. soil history, soil and plant protection management or culturing techniques) responsible for the extent of bioavailability, and to quantify their impact e.g. –Connection of applied copper containing plant protection residues with main fractions of soil, –Which factors influenced the biodiversity and a postulated adaptability to concrete load situations under field conditions?   &nbsp

Regenwurmzönose - Auswirkungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln auf die Bodenfruchtbarkeit unter Nutzung von Regenwürmern als Indikatoren am Beispiel Weinbau

Ziel der biologischen Zustandserfassung war die Darstellung eingetretener Wirkungen von Kupferbelastungen auf die Bodenzönose im Qualitätsweinbau auf der Grundlage aktuell vom JKI erhobener Daten zur Belastungs- und Expositionssituation an 16 repräsentativen Standorten. Die Auswirkungen von Kupfer auf die Bodenfruchtbarkeit bei Sonderkulturflächen wurden unter Nutzung von Regenwürmern als Indikatoren unter realen Feldbedingungen bestimmt. Das Methodeninstrumentarium für die biologische Bestandsaufnahme bei Anwendungen kupferhaltiger PSM wurde weiter entwickelt und methodische Vorgaben für längerfristige Beobachtungen der Auswirkungen auf Indikatororganismen validiert. Aussagen zu Anpassungseffekten von Indikatorarten an Kupfergehalte im Boden und zum Einfluss von standortbezogenen Faktoren, Bewirtschaftungsweise, Bodenbearbeitung, Pflanzenschutzmanagement auf bioverfügbares Kupfer liefern einen Beitrag zur Bewertung der Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Produktion als Grundlage für die Beratung von Behörden und der Betriebe des ökologischen wie konventionellen Anbaus. Die Untersuchungen zu den Auswirkungen auf das Bodenleben dienen als wissenschaftliche Grundlage für die Nutzen-Risikoabschätzung des Wirkstoffs Kupfer in Verbindung mit seiner Aufnahme in die Liste genehmigter Wirkstoffe nach Artikel 78 Absatz 3 der Verordnung (EG) Nr. 1107/2009

Long-term field trials on the necessary need of insecticide applications in winter oil seed rape – Lessons learned from 25 years of experiments

In Dauerfeldversuchen am Standort Dahnsdorf (Fläming) werden seit 1995 Untersuchungen zur Abschätzung des notwendigen Maßes der Anwendung von Insektiziden in Winterraps und zur Entwicklung nachhaltiger Insektizidstrategien durchgeführt. Im Rahmen des Versuches „Strategievergleich – umweltverträglicher Pflanzenschutz“ wurden in mittlerweile drei Versuchsphasen jeweils zwei verschiedene Insektizidstrategien in Winterraps gegenübergestellt, die sich in der Intensität unterschieden. Ziel des vorliegenden Beitrages war es, die Insektizid­intensitäten sowie deren Ertrags- und Umwelt­effekte vor dem Hintergrund des jährlichen Befallsdruckes vergleichend zu betrachten und zu diskutieren. Die Auswertung zeigte, dass in 21 von 22 betrachteten Versuchsjahren Insektizidmaßnahmen im Winterraps notwendig waren, deren Intensität aufgrund der Witterung und des Befallsdrucks stark schwankte. Es konnte gezeigt werden, dass eine Reduzierung der Behandlungsintensität um 50% bis 60% nur in der ersten Phase des Versuches signifikante Ertragseinbußen zur Folge hatte. Der Vergleich der Umweltwirkungen mit dem Risikoindikatormodell SYNOPS-GIS ergab, dass die Reduktion der Behand­lungsintensität in vielen Jahren mit einer Verringerung des Umweltrisikos einherging. Allerdings zeigten einzelne Fälle, dass dies nicht immer zutraf und auch die Mittel- bzw. Wirkstoffwahl von entscheidender Bedeutung waren. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Nutzung verfügbarer Entscheidungshilfen im Pflanzenschutz wie Befallskontrollen, Warndienstmeldungen, Prognosemodelle und Erfolgskontrollen, um die Anwendung von Insektiziden in Winterraps auf das notwendige Maß zu reduzieren.In long-term field trials at the Dahnsdorf (Fläming) site, investigations have been carried out since 1995 to estimate the necessary level of insecticide application in winter oil seed rape (WOSR) and to develop sustainable insecti­cide strategies. Within the scope of the trial “Comparison of strategies – environmentally sound crop protection”, two different insecticide strategies were compared in WOSR in three trial phases, each of which differed in intensity. The aim of this paper was to compare and discuss these insecticide intensities and their yield and environmental effects against the background of the annual infestation pressure. The evaluation showed that in 21 of 22 trial years considered, insecticide measures were necessary in WOSR, the intensity of which fluctu­ated considerably due to weather conditions and infestation pressure. It could be shown that a reduction of treatment intensity by 50% to 60% did result in significant yield losses only during the first trial phase. The compari­son of the environmental impacts, calculated with the risk indicator model SYNOPS-GIS, showed that the reduc­tion in treatment intensity was accompanied by a reduction in environmental risk over many years. How­ever, individual cases showed that this was not always true and that the choice of agent or active ingredient was also of decisive importance. The results underline the impor­tance of using available decision support tools in crop protection such as infestation controls, warning service, forecasting models and success monitoring to reduce the use of insecticides in WOSR to the necessary need

A method for a stochastic simulation of spray drift values as basis for a georeferenced probabilistic exposure assessment of surface waters

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, um Abdrift realistisch für beliebige Entfernungen von bis zu 75 m für Feldfrüchte und bis zu 150 m für Raumkulturen als Verteilungskurve zu simulieren. Die Methode kann für georeferentierte Expositions- und Risikoabschätzungen verwendet werden. Sie wird hier exemplarisch für den Feldbau beschrieben. Abdriftmesswerte aus Feldversuchen (Ganzelmeier et al., 1995; Rautmann et al., 1999) werden entsprechend der versuchsmethodischen Bedingungen neu interpretiert und versuchsweise analysiert. Die Vorgehensweise ermöglicht es, die Variabilität zwischen den Versuchen aufgrund meteorologischer und verfahrenstechnischer Durchführungsbedingungen (Windgeschwindigkeit, Temperatur, Düsen, Vegetation etc.) zu berücksichtigen. Die Modellierung erfolgt für Feldkulturen mittels Polynomfunktionen, welche an die Mittelwerte der logarithmierten Mittelwerte und Standardabweichungen der Mess­datensätze angepasst wurden. Die Ergebnisse der simulierten Abdriftwerte bilden die Abdriftmesswerte sehr gut ab. Das Modell wird anschließend im Rahmen eines georeferenzierten probabilis­tischen Ansatzes auf typische Expositionssituationen in der Landschaft angewendet. Das Reduktionspotenzial einer georeferenzierten probabilistischen Expositions­abschätzung gegenüber einem deterministischen, nicht georeferenzierten Ansatz beträgt im 90. Perzentil 22% bis 62% bezogen auf die zu erwartenden Beladungen einzelner Gewässerabschnitte.    In this work we propose a novel approach to model realistic spray drift deposition distributions for any distances up to 75 m for arable crops and 150 m for permanent crops. The model can be used in georeferenced exposure and risk assessments of surface waters on landscape and stream segment scale. The approach is described for field crops as an example. Drift measurement datasets of Ganzelmeier et al. (1995) and Rautmann et al. (1999) are reanalyzed and interpreted according to the underlying experimental design. The approach applies a trial-by-trial analysis of the datasets which allows to consider the variation of application conditions between trials such as air temperature, wind speed, nozzle type, vehicle speed, rel. humidity. Polynomial functions are fitted to the means of the logarithmized mean and standard deviation of the drift measurement datasets. Results show that the output of simulations according to the experimental design for spray drift measurements fit very well to the drift measurement data. When the model is applied to a number of realistic landscape exposure situations, the simulation results show a 22% to 62% lower loading in the 90th percentile compared to a deterministic model.   &nbsp