Regionalisierung des Herbizidabbaus im Boden unter besonderer Berücksichtigung von Bentazon: Datenerhebung und Modellbildung
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Braunschweig
Inst. für Geographie und Geoökologie
1997
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| adam_text | Titel: Regionalisierung des Herbizidabbaus im Boden unter besonderer Berücksichtigung von Bentazon
Autor: Götz, Natalie von
Jahr: 1997
Regionalisierung des Herbizidabbaus im Boden unter
besonderer Berücksichtigung von Bentazon
-Datenerhebung und Modellbildung-
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis........................................................................................................I
Abkürzungsverzeichnis...............................................................................................V
Abbildungsverzeichnis...............................................................................................VI
Tabellenverzeichnis...................................................................................................IX
1. EINLEITUNG.....................................................................................................1
1.1. Grundlagen.......................................................................................................2
1.1.1. Der Boden - zeitliche und räumliche Variabilität seiner
Zusammensetzung..................................................................................2
1.1.1.1. Die zeitliche Variabilität von Bodeneigenschaften....................3
1.1.1.2. Die räumliche Variabilität von Bodeneigenschaften..................4
1.1.2. Xenobkrtika im Boden..............................................................................7
1.1.3. Verhalten von ausgewählten Herbiziden in der Umwelt........................11
1.1.3.1. Bentazon.................................................................................11
1.1.3.2. 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure................................................15
1.1.4. Modellierung des Pflanzenschutzmittel-Abbaus im Boden - Regionali-
sierung von Abbauparametem über Pedotransferfunktionen (PTF)......16
1.1.5. Einsatz von Fuzzy-Logik in den Umweltwissenschaften........................19
1.2. Zielsetzung.....................................................................................................20
2. MATERIAL UND METHODEN.........................................................................22
2.1. Experimentelle Methoden..............................................................................22
2.1.1. Beschreibung der Wirkstoffe..................................................................22
2.1.1.1. Bentazon.................................................................................22
2.1.1.2. 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D)....................................23
2.1.2. Abbauexperimente................................................................................24
2.1.2.1. Vorbereitung der Boden..........................................................25
2.1.2.2. Ermittlung der Bodenkenndaten.............................................25
2.1.2.3. Auswahl der Versuchsboden..................................................26
2.1.2.4. Versuchsansatz......................................................................28
2.1.3 Sorptionsexperimente............................................................................30
2.1.4. Analytik ................................................................................................31
2.1.4.1. Bodenextraktion von radioaktiv markiertem Bentazon............31
2.1.4.2. Qualitative Analyse.................................................................32
2.1.4.3. Quantitative Analyse...............................................................33
2.2. Theoretische Methoden.................................................................................33
2.2.1. Modellbildung........................................................................................33
2.2.1.1. Abbaumodelle.........................................................................33
2.2.1.2. Sorptionsmodelle....................................................................35
2.2.2. Statistische Methoden...........................................................................35
2.2.2.1. Korrelationsanalyse und schrittweise Regression...................36
2.2.2.2. Parameterschätzung...............................................................37
3. ERGEBNISSE ................................................................................................39
3.1. Bewertung der experimentellen Ergebnisse ..............................................39
3.1.1. Abbauexperimente................................................................................39
3.1.1.1. Verlauf der Experimente.........................................................39
3.1.1.2. Metabolitenspektaim...............................................................40
3.1.1.3. Beobachtete Abbaukinetiken..................................................41
3.1.2. Sorptionsexperimente............................................................................43
3.2. Parameterschätzung für die Abbaumodelle mit PTF .................................44
3.2.1. Anpassung an das Modell erster Ordnung............................................44
3.2.1.1. Einfache Regressionsanalyse.................................................45
3.2.1.2. Schrittweise multiple lineare Regression................................47
3.2.1.3. Lösung des Mehrfachexperiment-Regressionsproblems........49
3.2.2. Anpassungen mit lag-Phase..................................................................52
3.2.2.1. Lag-Phase ohne Abbau gekoppelt mit Abbau 1. Ordnung.....53
3.2.2.2. Abbau 1. Ordnung mit zeitlich variabler Abbaurate................54
3.2.3. Vergleich der deterministischen Modelle...............................................58
3.2.3.1. Güte der Anpassung...............................................................58
3.2.3.2. Güte der Vorhersage (Validierungsergebnisse)......................59
3.2.4. Modellbildung unter Differenzierung zwischen den Prozessen
Mineralisierung und Festlegung in der Humusfraktion...........................62
3.2.4.1. Mineralisierung und Festlegung als Folgeprozesse................63
3.2.4.2. Mineralisierung und Festlegung als unabhängige
irreversible Prozesse..............................................................67
3.2.4.3. Diskussion...............................................................................74
3.2.5. Modellierung mit Hilfe von Fuzzy-Logik.................................................76
3.2.5.1. Allgemeine Einführung............................................................76
3.2.5.2. Kalibrierung und Validierung des Fuzzy-Modells....................78
3.2.5.3. Diskussion der Prognosen des Fuzzy-Modells.......................82
3.2.6. Diskussion.............................................................................................83
3.3. Einfluß von Temperatur und Feuchte...........................................................85
3.3.1. Modellierungsansätze............................................................................85
3.3.2. Modellierung der Temperatur- und Feuchteabhängigkeit für
das Abbaumodell erster Ordnung..........................................................87
3.3.3. Temperatur- und Feuchteabhängigkeit in verschiedenen Böden..........93
3.4. Einsatz der entwickelten Modelle im Feld....................................................96
3.4.1. Vergleich der Modellschätzung mit Felddaten.......................................97
3.4.1.1. Versuchsaufbau und graphische Darstellung...........................97
3.4.1.2. Diskussion..............................................................................100
3.4.2. Kopplung des Modells mit Informationen aus geographischen
Informationssystemen (GIS)................................................................103
3.4.3. Transferfunktionen für die mikrobielle Biomasse.................................104
4. PEDOTRANSFERFUNKTIONEN FÜR 2,4-D................................................107
4.1. Experimenteller Aufbau der Abbaustudie..................................................107
4.2. Modellentwicklung.......................................................................................107
4.2.1. Anpassung an das Geschwindigkeitsgesetz erster Ordnung..............107
4.2.2. Sorption ..............................................................................................113
4.2.3. Anpassungen mit nicht-linearen Modellen...........................................114
4.2.4. Diskussion...........................................................................................117
III
S. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK.....................................................119
5.1. Abbaumodelle und Abbau von Bentazon im Boden.......................................119
5.2. Abbau von 2,4-D im Boden............................................................................120
5.3. Anwendung der Modelle auf den Abbau unter Freilandbedingungen............120
5.4. Temperatur- und Feuchteabhängigkeit des Abbaus......................................121
6. LITERATURVERZEICHNIS...........................................................................122
ANHANG................................................................................................................131
IV
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