Conazol Fungizide und Biokohle in der Bodenumgebung

Die verkohlten Überreste von sauerstofflimitierter Erhitzung (Pyrolyse) organischer Stoffe aus Vegetationsbränden, Feuerrodung oder aus atmosphärischer Deposition von Ruß sind in Böden und Sedimenten häufig anzutreffen. Diese Partikel besitzen eine hohe Sorptionskraft für auf schlecht wasserlösliche, i.e. hydrophobe, Chemikalien, u.a. Pestizide. Andererseits wurde die industrielle Produktion und großflächige Anwendung der Pyrolyseprodukte unterschiedlicher organischer Rohstoffe oder Abfälle, sogenannte Biokohle (BK), als Maßnahme zur Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit und klimaschonender CO2-Abscheidung vorgeschlagen. Die hohe Affinität von Pestiziden zu Pyrolyserückständen wie BK wurde jedoch mit einer stark verringerten Wirkung der Pestizide auf Ackerflächen und einer stark erhöhten Dosisapplikation assoziiert. Die Interaktionen zwischen Boden, BK und Pestiziden, die den Verbleib von ausgewählten Fungiziden, den Conazolen Tebuconazol und Epoxiconazol, und die Effekte auf Bodenorganismen (Mikroorganismen, Regenwürmer und Pflanzen) bestimmen, werden diesem Projekt untersucht. Eine große Anzahl an Boden- und BK-proben (70-100), und deren Mischungen unter Verwitterungsbedingungen werden auf das (De-)Sorptionsverhalten der Conazole untersucht, um einen statistischen Zusammenhang zu den Matrixeigenschaften zu bestimmen. Die Charakterisierungsmethoden umfassen Bestimmung der (De-)Sorptionsisothermen,Infrarotspektroskopie,Oxidchemie, Elektronenmikroskopie, Kristallographie und die Bestimmung des Wachstums von ausgewählten Mikroorganismen, Kompostwürmern und Pflanzen. Die zugrundeliegende Hypothese ist dass molekulare Interaktionen zwischen Boden, BK und Fungiziden sich auch auf höherer Ebene, i.e. auf Bodenorganismen, manifestieren. Im Detail: (i) die Vorhersage des Sorptions/Desorptionsverhaltens von Conazol- Fungiziden basierend auf den Matrixeigenschaften, im Speziellen basierend auf dem Vorkommen von hydrophoben oder hydrophilen Oberflächenstrukturen und der Pyrolyseverhältnisse, ist möglich, (ii) bodenbürtige (Hydr)oxide bedecken Sorptionsplätze an der Biokohle im Verlauf der Verwitterung und reduzieren die Sorptionskapazität, (iii) bodenbürtige Pilze, die hoch reaktive Enzyme produzieren sind in der Lage, hochkondensierte Biokohlebestandteile abzubauen und (iv) BK reduziert die biologische Verfügbarkeit von Conazol Pestiziden auf Bodenorganismen. Diese Mechanismen wurden in diesem Ausmaß noch nicht untersucht. Die hohe Anzahl an Boden- und BK-Proben erlaubt eine verläßliche Charakterisierung der involvierten Prozesse. Ein umfassendes Verständnis der Effekte, die den Verbleib und die Wirkung von Pestiziden im Boden-Biokohlesystem bestimmen, ist die Voraussetzung für eine adäquate Anwendung und Entwicklung von Biokohlen für spezifische Agrarsysteme.

Die kohleähnlichen Rückstände von organischem Material aus der Verbrennung unter sauerstoffarmen Bedingungen (Pyrolyse) finden sich häufig in Böden und Sedimenten als Ergebnis von Wald- oder Erntebränden, Feuerrodung, oder atmosphärische Ablagerung von Ruß. Sie üben eine starke Anziehungskraft insbesondere auf schlecht wasserlösliche organische Chemikalien aus, die sich mit der Zeit stark an diese Partikel binden können. Dennoch wurde die industrielle Produktion und großflächige Anwendung der Pyrolyseprodukte unterschiedlicher organischer Rohstoffe oder Abfälle, sogenannte Biokohle, als Maßnahme zur Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit und klimaschonenden CO2-Bindung vorgeschlagen. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Affinität von Pestiziden zur Biokohle die Wirkung von Schädlingsbekämpfungsmitteln erheblich einschränkt, was dazu führt, dass zu viele Pestizide ausgebracht werden, um den Ernteverluste zu verhindern. Die Wechselwirkungen zwischen Böden, Biokohle und Agrochemikalien, die den Verbleib von ausgewählten Pestiziden und die Auswirkungen auf Bodenorganismen wie Mikroben, Regenwürmer und Pflanzen bestimmen, wurden in diesem Projekt untersucht. Sowohl eine große Anzahl von Ackerböden und Biokohle als auch deren Mischungen wurden unter Verwitterungsbedingungen getestet, um einen statistischen Zusammenhang zwischen der Sorption von Fungiziden und den molekularen und strukturellen Eigenschaften der Sorbentien sowie deren Veränderung im Laufe der Zeit unter Einwirkung von Luft und Feuchtigkeit ("Weathering") zu erhalten. Die zugrundeliegende Hypothese war, dass molekulare Interaktionen zwischen Boden, Biokohle und Fungiziden sich auch auf höherer Ebene, z.B. auf Bodenorganismen, manifestieren. Diese Mechanismen wurden in diesem Ausmaß noch nicht untersucht. Ein umfassendes Verständnis der Effekte, die den Verbleib und die Wirkung von Pestiziden im Boden-Biokohlesystem bestimmen, ist jedoch die Voraussetzung für eine adäquate Anwendung und Entwicklung von Biokohlen für spezifische Agrarsysteme.