Zusammenfassung Band 23

Pätzold, Stefan (1998): Herbizidanwendung im Obstbau - Messung und Simulation des Abbau-, Sorptions- und Verlagerungsverhaltens von Simazin und Diuron in Lößböden. 

In dreijährigen Feldversuchen wurde das Abbau-, Sorptions- und Verlagerungsverhalten der herbiziden Wirkstoffe Simazin und Diuron sowie des Diuron-Metaboliten DCPMU in Böden von Obstanlagen untersucht. Der größte Teil der Untersuchungen erfolgte nach praxisüblicher jährlicher Applikation auf einer Parabraunerde aus Löß (Klein-Altendorf bei Bonn). Ergänzende Laborversuche dienten der Charakterisierung des Abbau- und Sorptionsverhaltens von Diuron. Zur Kennzeichnung der Wirkstoffmobilität wurden neben den Gesamtgehalten auch die gelösten Anteile von Simazin, Diuron und DCPMU bestimmt; das Sorptionsverhalten wurde zusätzlich anhand von Batchversuchen untersucht. Abbau und Verlagerung von Simazin und Diuron wurden mit dem Modell PELMO simuliert, das auch im Rahmen der Pflanzenschutzmittel-Zulassung seitens der Biologischen Bundesanstalt eingesetzt wird.

Der Herbizidabbau in 0-5 cm Tiefe folgte unmittelbar nach der Applikation einer Kinetik 1. Ordnung. Die DT50-Werte betrugen für Simazin 20-64 Tage und für Diuron 17-30 Tage. Nach etwa sechs Monaten verlangsamte sich der Abbau, weshalb die Wirkstoffe bis zur Folgeapplikation nicht vollständig abgebaut wurden und sich ein Rückstandsplateau ausbildete. Die langfristige Entwicklung der Rückstandsgehalte beider Stoffe konnte mit zwei gekoppelten Exponentialfunktionen für die Phasen des schnellen und des langsamen Abbaus sehr gut beschrieben werden. Die Bildung von DCPMU im Zuge des Diuron-Abbaus wurde sowohl im Labor- als auch im Feldversuch nachgewiesen. Zur Ermittlung der Wirkstoffmobilität erwiesen sich Bodensättigungsextrakte und CaCl2-Extrakte als gleichermaßen geeignet. Die Mobilität der Chemikalien ging im Feld- und im Laborversuch unter natürlichen Bedingungen mit der Zeit zurück. In sterilisierten Bodenproben des Laborversuchs nahm die Diuron-Mobilität dagegen nach etwa 28 Tagen nicht weiter ab. Die abnehmende Mobilität ist auf das Zusammenwirken von Adsorption und sterischer Festlegung der Wirkstoffe sowie mikrobiellem Abbau der noch verfügbaren Anteile zurückzuführen. Die zeitliche Dynamik der Mobilität war darüber hinaus von der Bodenfeuchte abhängig. In sterilisierten Proben wurden zeitweise bis zu 40 % des applizierten Diurons in nicht extrahierbarer Form gebunden, z.T. bei Austrocknung aber wieder in extrahierbare Form überführt. Das Sorptionsverhalten der drei Chemikalien konnte mit Freundlich-Isothermen beschrieben werden; z.T. erfolgte die Beschreibung der Sorption in den Bereichen hoher und niedriger Konzentrationen mit verschiedenen Isothermen. Die Festlegung geringer Herbizidanteile an Plätzen stärkerer Bindung leistet einen qualitativen und quantitativen Beitrag zur Erklärung des beobachteten Rückstandsplateaus. Die Formulierungs-Hilfsstoffe steigerten die Mobilität der Herbizide bei hohen Konzentrationen. Die Verlagerung der drei untersuchten Chemikalien durch konvektiv-dispersiven Fluß war gering, da diese nach der Applikation im Mai bis zur Sickerperiode im folgenden Winterhalbjahr weitgehend abgebaut und festgelegt wurden. Dagegen wurden Simazin und Diuron wenige Tage nach der Frühjahrsspritzung 1994 durch präferentiellen Fluß bis in den Unterboden verlagert. Das Auftreten von präferentiellem Fluß in Schrumpfrissen und Regenwurmgängen konnte durch einen Farbstoff-Tracerversuch auf der Parabraunerde in Klein-Altendorf verifiziert werden. Derartige Verlagerungsprozesse sind wahrscheinlich die Ursache für die im Grundwasser nachgewiesenen geringen Spuren beider Herbizide. Das Simulationsmodell PELMO konnte Abbau und Verlagerung beider Herbizide richtig wiedergeben, sofern keine Verlagerung durch präferentiellen Fluß auftrat. Die Optimierung der Eingabeparameter für Abbau und Sorption der Chemikalien erbrachte weiter verbesserte Simulationsergebnisse. Insbesondere die Vorgabe eines Abbaus n-ter Ordnung anstelle der im Modell vorgegebenen Kinetik 1. Ordnung sowie von zeitabhängigen Sorptionsparametern aus Abbauversuchen anstelle von Parametern aus Batch-Versuchen verbesserten die Prognosen. 

Summary Band 23

Pätzold, Stefan (1998): Herbicide application in horticulture - Investigation and simulation of degradation, sorption, and leaching of simazine and diuron in loess soils. Bonner Bodenkundl. Abh. 23 (1998), 231 pp.

Over three years of field trials degradation, sorption and leaching of the herbicides simazine and diuron as well as of the diuron degradation product DCPMU were investigated in orchard soils after applying the recommended amounts with a common spraying device. Most of the research was conducted in a 12 year old apple orchard on a Haplic Luvisol near Bonn, FRG. Diuron degradation and sorption were also studied in corresponding laboratory experiments. Both adsorbed and dissolved amounts of simazine, diuron and DCPMU were analyzed in order to characterize the herbicide mobility in soil. For the same reason sorption isotherms were derived from batch experiments. Degradation and leaching of simazine and diuron were simulated by using the computer model PELMO which is based on the model PRZM; PELMO is used for registration purposes by german authorities. For six months after applying the herbicides, degradation of the chemicals in the 0-5 cm layer conformed to first-order-kinetics. The DT50-values ranged from 20 to 64 days for simazine and from 17 to 30 days for diuron. As the degradation rate gradually decreased, a carry-over of herbicide residues from the preceeding growing season occured at the time of reapplication in the following year. The long-term development of the herbicide residue level was best characterized by two combined exponential functions representing fast and slow degradation. The formation of DCPMU was observed in the laboratory and field investigations. Both soil saturating extracts and CaCl2-extracts were equally suitable for the determination of simazine and diuron mobility. Under natural conditions, mobility of herbicide residues decreased significantly with time. In sterile soil samples the decrease of diuron mobility diminished after 28 days indicating the importance of simultaneous microbial degradation and diffusion processes for the immobilisation of herbicide residues. Soil moisture revealed significant effects on herbicide mobility and formation of bound residues. Up to 40 % of the previously unextractable residues were remobilised after drying the moist soil. In general, sorption and desorption followed Freundlich-isotherms. Sorption and desorption phenomena at low concentrations were partially best represented by a separate Freundlich-isotherm. This was caused by sorption of small herbicide amounts on inner surfaces of aggregates and organic matter; slow desorption kinetics from these sites was found to be the reason for the observed carry-over phenomena. Formulation additives enhanced simazine and diuron mobility when high concentrations of the herbicides were added in the batch experiments. In autumn only low concentrations of the simazine and diuron applied in the previous spring remained in the upper soil layers. Consequently, only small amounts of these strongly adsorbed residues were leached into the subsoil due to convective-dispersive flow during the winter months. In contrast, a few days after the herbicide application in May 1994, while high herbicide concentrations occured in the 0-5 cm soil layer, residues of both chemicals were translocated into the subsoil. This rapid movement was due to preferential flow in soil macropores like earthworm channels and shrinkage cracks. The importance of preferential flow was proved by conducting a dye tracer experiment. Small amounts of simazine and diuron were detected in the groundwater. The simulation model PELMO was capable of predicting degradation and leaching of simazine and diuron, as far as no preferential flow occured. PELMO does not account for this process. The degradation and sorption parameters commonly used in simulation for registration purposes led to less realistic simulation results than optimized parameters for the characterization of the chemicals. In particular, the kinetics of herbicide degradation has to be taken into account. The description of herbicide mobility by time-dependent partition coefficients improved simulation results as compared to Freundlich-parameters determined in batch experiments.