Diffuse und punktuelle Pflanzenschutzmittel-Einträge in ein Fließgewässer: Messungen und Modellierung
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Gießen
Inst. für Bodenkunde und Bodenerhaltung
2000
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| Schriftenreihe: | Boden und Landschaft
31 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zsfassung in engl. Sprache |
| Beschreibung: | X, 244 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
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| adam_text | Titel: Diffuse und punktuelle Pflanzenschutzmittel-Einträge in ein Fließgewässer
Autor: Müller, Karin
Jahr: 2000
INHALTSVERZEICHNIS
Abbildungsverzeichnis................................. v
Tabellenverzeichnis................................... viii
Abkürzungsverzeichnis................................. xi
Kurzfassung/ Abstract................................. xvi
1. Einleitung........................................ 1
1.1 Kenntnisstand zur Problematik diffuser und punktueller Pflanzenschutzmittel-
Einträge in Fließgewässer............................. 1
1.2 Ziele der Untersuchung.............................. 2
2. Charakterisierung des Untersuchungsgebietes..................... 4
2.1 Lage und Klima.................................. 4
2.2 Geologie und Hydrogeologie........................... 4
2.3 Böden....................................... 6
2.4 Landnutzung ................................... 7
2.5 Siedlungsentwässerung.............................. 9
2.6 Anordnung der Messstellen............................ 12
2.7 Teileinzugsgebiete................................. 12
3. Untersuehnngsmethoden................................ 15
3.1 Untersuchungen im Feld............................. 15
3.1.1 Niederschlagsmessungen......................... 15
3.1.2 Abflussmessungen............................. 15
3.1.3 Beprobung des Gewässersystems..................... 18
3.2 Untersuchungen im Labor............................ 21
3.2.1 Probenaufbereitung............................ 21
3.2.2 Pflanzenschutzmittel-Analytik...................... 24
4. Auswertungsmethoden und theoretische Grundlagen................. 26
4.1 Klassifikation der Pflanzenschutzmittel-Einträge................ 26
4.2 Hydrologie..................................... 30
Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Abgrenzung des Einzugsgebietes und Bestimmung des Gewässernetzes 30
4.2.2 Schätzung des Gebietsniederschlages .................. 31
4.2.3 Abflüsse aus Siedlungen ......................... 32
4.2.4 Separation des Abflusses in seine Komponenten............ 34
4.2.5 Modellierung des Direktabflusses .................... 38
4.3 Pflanzenschutzmittel-Belastung......................... 42
4.3.1 Charakterisierung der berücksichtigten Pflanzenschutzmittel..... 42
4.3.2 Schätzung des flächenhaften Pflanzenschutzmittel-Einsatzes ..... 43
4.3.3 Statistische Analyse der Wirkstoffkonzentrationen........... 46
4.3.4 Frachtberechnungsansätze........................ 49
4.3.5 Modellierung der Pflanzenschutzmittel-Einträge mit dem Direktabfluss 50
4.3.6 Modellierung der Pflanzenschutzmittel-Einträge durch Abdrift .... 60
4.4 Güte der Messungen und Modellierungen.................... 61
4.4.1 Fehlerbetrachtung für die Messungen.................. 61
4.4.2 Sensitivitätsanalyse für die Modellansätze ............... 66
5. Die Hydrologie des Einzugsgebietes: Ergebnisse und Diskussion .......... 68
5.1 Einzugsgebiet und Gewässernetz der Zwester Ohm............... 68
5.2 Niederschläge................................... 69
5.3 Abflussgeschehen: Messung und Modellierung ................. 71
5.3.1 Eichung und Fehlerbetrachtung der Abflussmessungen an einzelnen
Pegeln................................... 72
5.3.2 Abflussverhalten einzelner Messstellen ................. 75
5.3.3 Charakterisierung des Direkt- und Basisabflusses ........... 77
5.3.4 Die Bedeutung der Abflusskomponenten für die einzelnen Messstellen 83
5.3.5 Modellierung des Direktabflusses - Hydrologiemodul.......... 86
5.3.6 Sensitivitätsanalyse des Hydrologiemoduls............... 90
ü.4 Stedlungsentwässerung.............................. 93
6. Pttanzenschutzmittel-Gesamtbelastung: Ergebnisse und Diskussion......... 100
6.1 Umgang mit Pflanzenschutzmitteln und Feldpritzen im Untersuchungsgebiet 100
6.1.1 Zeitliche Verteilung des PSM-Einsatzes im Untersuchungsgebiet . . . 100
6.1.2 Räumliche Verteilung des PSM-Einsatzes im Untersuchungsgebiet . . 103
6.1.3 Der Umgang mit Feldspritzen im Untersuchungsgebiet ........ 106
6.2 Gesamtbelastung der Zwester Ohm....................... HO
6.2.1 Pflanzenschutzmittel-Konzentrationen ................. Hl
6.2.2 Pflanzenschutzmittel-Frachten...................... 120
6.2.3 Zeitliche Variabilität der Pflanzenschutzmittel-Kontamination .... 122
Inhaltsverzeichnis
6.2.4 Diskussion der Pflanzenschutzmittel-Gesamtbelastung.........126
7. PSM-Belastung durch punktuelle Einträge: Ergebnisse und Diskussion....... 129
7.1 Teichkläranlage Wermertshausen ........................ 129
7.1.1 Pflanzenschutzmittel-Konzentrationen ................. 130
7.1.2 Pflanzenschutzmittel-Frachten...................... 132
7.2 Mechanisch-biologische Kläranlage Hachborn.................. 136
7.2.1 PSM-Belastung der Zwester Ohm im Unterlauf vor der Kläranlage . . 136
7.2.2 PSM-Belastung der Zwester Ohm durch die Kläranlage Hachborn . . 139
7.3 PSM-Belastung der Zwester Ohm durch Regenentlastungsanlagen...... 147
7.4 Punktuelle Pflanzenschutzmittel-Belastung der Zwester Ohm......... 154
7.5 Diskussion der punktuellen Pflanzenschutzmittel-Einträge........... 159
8. PSM-Frachten durch diffuse Einträge: Ergebnisse und Diskussion ......... 164
8.1 Diffuse Belastung der Vorfluter der Teileinzugsgebiete............. 164
8.1.1 Pflanzenschutzmittel-Konzentrationen ................. 166
8.1.2 Pflanzenschutzmittel-Frachten...................... 168
8.2 Extrapolation der Ergebnisse der Teileinzugsgebiete auf das Einzugsgebiet . 172
8.3 PSM-Belastung der verschiedenen Abflusskomponenten............ 176
8.3.1 Aufteilung der PSM-Frachten auf die Abflusskomponenten der beiden
Vorfluter.................................. 176
8.3.2 Aufteilung der PSM-Fracht auf die Abflusskomponenten der Zwester
Ohm.................................... 178
8.4 Modellierung des Pflanzenschutzmittel-Austrages durch Abdrift....... 184
8.5 Modellierung des Pflanzenschutzmittel-Austrages mit dem Direktabfluss . . . 185
8.5.1 Vergleich der Modellierungsergebnisse mit den Messergebnissen (Dl,
D2)..................................... 187
8.5.2 Sensitivitätsanalyse des Chemiemoduls................. 188
8.5.3 Modellierung des PSM-Austrages mit dem Direktabfluss im Einzugs-
gebiet ................................... 191
8.5.4 Vergleich der Modellierungsergebnisse mit den Messergebnissen im
Einzugsgebiet............................... 193
9. Schlussfolgerungen und Ausblick............................ 197
10. Zusammenfassung.................................... 200
11. Summary........................................ 203
Inhaltsverzeichnis
12. Anhang.........................................206
13. Literaturverzeichnis...................................230
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
2.1 Die Lage des Untersuchungsgebietes....................... 5
2.2 Das Kanalisationssystem im Einzugsgebiet................... 11
2.3 Das Untersuchungsgebiet mit den Probenahmestellen und den hydrologischen
Messeinrichtungen ................................ 13
3.1 Schemazeichnung des Probenehmers APN 20 im Winterbetrieb........ 20
3.2 Schematische Darstellung der Aufbereitung der Wasserproben......... 23
4.1 Abschätzung der punktuellen Einträge..................... 28
4.2 Abschätzung der diffusen Einträge........................ 29
4.3 Berechnung der Wirkstofffracht im Direktabfluss................ 55
5.1 Niederschläge im Ebsdorfergrund ........................ 70
5.2 Eichfunktionen für die Messwehre........................ 72
5.3 Eichfunktion an der Messstelle Ml im Unterlauf der Zwester Ohm...... 73
5.4 Ganglinie mit Fehlerspannbreite an der Messstelle Ml............. 74
5.5 Ganglinie des Gesamtabflusses an der Messstelle M2.............. 75
5.6 Ganglinien der Abflussspenden der Vorfluter der Teileinzugsgebiete ..... 76
5.7 Rezessionskurve und Modellfunktion des nichtlinearen Speichers (Ml) .... 78
5.8 Rezessionskurven und Modellfunktionen des nichtlinearen Speichers für die
Pegel Pl. Dl und D2 (Erläuterungen s. Abbildung 5.7)............. 78
5.9 Basisabfluss mit zwei verschiedenen Separationsmethoden am Pegel Ml ... 79
5.10 Vergleich der Abtrennung des Basisabflusses am Pegel Ml mit 2 Algorithmen 80
5.11 Ergebnisse der Ganglinienseparation für den Pegel Ml ............ 84
5.12 Ergebnisse der Ganglinienseparation für den Pegel D2............. 85
5.13 Abflussganglinie, kumulierter Basis-und Direktabfluss am Pegel Ml..... 86
5.14 Vergleich der gemessenen und modellierten Direktabflüsse am Pegel Ml ... 88
5.15 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für das Hydrologiemodul......... 91
5.16 Sensitivitätskoeffizienten für die Parameter des Hydrologiemoduls...... 92
5.17 Ganglinie des natürlichen Abflusses der Zwester Ohm und der Siedlungs-
entwässerung ................................... 94
5.18 Anteil der beiden Kläranlagenabläufe am Gesaintabfluss der Zwester Ohm . 95
Abbildungsverzeichnis
5.19 Vergleich der Entlastungsvolumina bei 2 Verfahren zur Niederschlagsdisaggre-
gation....................................... 96
5.20 Anteil der modellierten Entlastungsvolumina am Ablauf der Kläranlage ... 99
5.21 Gegenüberstellung des Gewässerabfiusses und der Entlastungsvolumina ... 99
6.1 Im Frühjahr 1997 eingesetzte Herbizide und Fungizide............. 101
6.2 Im Frühjahr 1998 eingesetzte Herbizide und Fungizide............. 102
6.3 Im Herbst 1997 eingesetzte Herbizide...................... 103
6.4 Spektrum der Isoproturon-Aufwandmengen im Herbst 1997.......... 104
6.5 Termine der Isoproturon-Applikation im Herbst 1997............. 105
6.6 Handhabung der Spritzenreinigung im Untersuchungsgebiet.......... 108
6.7 Detektionsrate der Wirkstoffe als Funktion der Aufwandmenge........ 111
6.8 Logarithmierte Konzentrationen an der Messstelle M2 am Gebietsauslass . . 112
6.9 Boxplots für die Konzentrationen ausgewählter Wirkstoffe .......... 113
6.10 Summe der Wirkstoffkonzentrationen der Proben an der Messstelle M2 ... 117
6.11 Boxplots für die Konzentrationen der Wirkstoffe Isoproturon und Diuron . . 118
6.12 Zusammenhang zwischen nachgewiesenen Konzentrationen und Abflüssen . ¦ 119
6.13 Konzentrationen und kumulierte Frachten des Wirkstoffes Isoproturon (M2) 120
6.14 Pflanzenschutzmittel-Frachten im Verlauf der Untersuchungsperiode..... 123
6.15 Frachten einzelner Wirkstoffe im Verlauf der Untersuchungsperiode ..... 125
7.1 Summe der Wirkstoffkonzentrationen an der Messstelle Pl.......... 131
7.2 Verlauf des Abflusses und der Frachten an der Messstelle Pl......... 135
7.3 Summe der Wirkstoffkonzentrationen an der Messstelle Ml.......... 137
7.4 Boxplots der Konzentrationen der Wirkstoffe Diuron und Isoproturon (Ml
und M2)...................................... 137
7.5 Zeitlicher Verlauf der Frachten und des Kläranlagenabflusses der KA Hachbornl41
7.6 Anteil der punktuellen PSM-Einträge durch die KA und das RÜB Hachborn 143
7.7 PSM-Frachten durch die Aktivitäten der Regenentlastungsanlagen...... 150
7.8 Anteil der punktuellen Einträge an der PSM-Gesamtbelastung........ I54
7.9 Anteil der punktuellen Einträge an der PSM-Belastung im Frühjahr 1997 und
1998........................................ 158
8.1 Summe der PSM-Konzentrationen an den Messstellen Dl und D2...... 16
8.2 Boxplots der an den Messstellen Dl und D2 nachgewiesenen Isoproturon-
Konzentrationen ................................ 168
8.3 Anteile der PSM-Frachten in den Jahreszeiten an den Messstellen Dl und D2 171
Abbildungsverzeichnis vii
8.4 Ergebnisse der flächenspezifischen Extrapolation und der Extrapolation der
Modellierungsergebnisse der Frachten der Teileinzugsgebiete auf das Einzugs-
gebiet ....................................... 174
8.5 Anteil der PSM-Frachten in den Abflusskomponenten an den Messstellen . . 180
8.6 Summendauerlinien der IPU-Konzentrationen an den Messstellen Dl und Ml 183
8.7 Ergebnisse der flächenspezifischen Extrapolation und Modellierung der Frach-
ten der Teileinzugsgebiete auf das Einzugsgebiet ................ 187
8.8 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für das Chemiemodul........... 190
8.9 Sensitivitätskoeffizienten für das Chemiemodul................. 190
8.10 Gegenüberstellung der Ergebnisse der Modellierung des PSM-Austrages mit
den geschätzten diffusen Frachten........................ 194
8.11 Gegenüberstellung der kumulierten modellierten Pflanzenschutzmittel-Frach-
ten mit den Messdaten in den Zeitperioden................... 196
12.1 Die Verteilung der Böden im Einzugsgebiet................... 223
12.2 Die Verteilung der hydrologischen Bodengruppen im Einzugsgebiet...... 223
12.3 Landnutzung 1997 im Einzugsgebiet....................... 224
12.4 Das Gewässernetz der Zwester Ohm generiert mit TOPAZ........... 225
12.5 Pflanzenschutzmittel-Aufwand im Herbst 1997................. 225
12.6 Simulierter Direktabfluss für zwei Niederschlagsereignisse........... 226
12.7 Pflanzenschutzmittel-Aufwand in den beiden Frühjahren ........... 227
12.8 Pflanzenschutzmittel-Austrag mit dem Direktabfluss im Herbst........ 228
12.9 Pflanzenschutzmittel-Austrag mit dem Direktabfluss in den beiden Frühjahren 229
TABELLENVERZEICHNIS
2.1 Landnutzung 1997 im Einzugsgebiet....................... 7
2.2 Die Verteilung der Kulturarten an der Ackerfläche 1997 und 1998...... 9
2.3 Differenzierung der Pflanzenschutzmittel-Eintragspfade durch die Messstellen 13
2.4 Die Verteilung der Bodentypen ......................... 14
2.5 Die Verteilung der Kulturarten an der Ackerfläche 1997 und 1998...... 14
3.1 Die Niederschlagsmessstellen im Einzugsgebiet................. 15
3.2 Datenerhebung für die Ermittlung der Pflanzenschutzmittel-Frachten .... 20
3.3 Wiederfindungsraten für die Pflanzenschutzmittel-Analytik.......... 22
3.4 HPLC-Messparameter mit Diodenarray-Detektion............... 24
3.5 HPLC-Messparameter mit Tandem-Massenspektrometer ........... 25
4.1 Maximale Abflussbeiwerte C........................... 39
4.2 Geschätzte Bodenbedeckung für die wichtigsten Getreidearten und Raps . . 40
4.3 Gleichungen für die Berechnung der maximalen Abflussbeiwerte....... 40
4.4 Wochenzahlen für die Ermittlung des Proportionalitätsfaktors........ 41
4.5 Physiko-chemische Eigenschaften der Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe .... 43
4.6 Bestimmungsfaktoren für Wirkstorfkonzentrationen im Direktabfluss..... 51
5.1 Unterteilung des Gewässersystems der Zwester Ohm nach der Strahlerordnung 69
5.2 Lage der Pegel und Größe der jeweiligen Einzugsgebiete............ 69
5.3 Erosive Niederschlagsereignisse in der Untersuchungsperiode......... 71
5.4 Parameter der Kalibrierungsfunktionen der Messwehre............. 72
5.5 Parameter der Kalibrierungsfunktionen für die indirekte Abflussmessung . . 73
5.6 Prozentuale Fehler bei der Abflussmessung an den Wehren.......... 74
5.7 Parameter der Funktionen des nichtlinearen Speichers............. 77
5.8 Monatliche Abflüsse und Abflusskomponenten der Separationsverfahren ... 81
5.9 Bedeutung des Direktabflusses Qd an den verschiedenen Pegeln........ 83
5.10 Abflusswirksame, aber nicht erosive Niederschlagsereignisse 5 mm..... 87
5.11 Statistische Kenngrößen der modellierten und gemessenen Direktabflüsse . . 88
5.12 Referenzwerte der Eingabeparameter für die einfache Sensitivitätsanaiyse . . 90
5.13 Matrix für die Multiparameter Sensitivitätsanaiyse .............. 93
Tabellenverzeichnis
5.14 Kalkulierte Effekte der Multiparameter Sensitivitätsanalyse.......... 93
5.15 Ergebnisse der Simulationen mit dem Modell MOMENT 4.0......... 97
5.16 Entlastungen gemäß der Simulationen mit dem Modell MOMENT 4.0 .... 97
6.1 Wirkstoffaufwand Frühjahr 1997 im Ebsdorfergrund.............. 101
6.2 Wirkstoffaufwand Frühjahr 1998 im Ebsdorfergrund.............. 102
6.3 Wirkstoffaufwand Herbst 1997 im Ebsdorfergrund............... 103
6.4 Technische Ausstattung der Feldspritzen im Untersuchungsgebiet ...... 107
6.5 Häufigkeit der Positivbefunde am Gebietsauslass M2 ............. 110
6.6 Überschreitung der Zielvorgaben für das Schutzgut „Aquatische Lebensge-
meinschaft durch die Mischproben aus der Zwester Ohm .......... 116
6.7 Unterteilung des Untersuchungszeitraumes in Zeitperioden........... 118
6.8 Flächen-, betriebs- und aufwandbezogene Wrirkstoffeinträge.......... 121
7.1 Häufigkeit der Positivbefunde an der Messstelle Pl .............. 130
7.2 Pflanzenschutzmittel-Frachten in den Jahreszeiten an der Messstelle Pl . . . 133
7.3 Einleiterbezogene Wirkstoffeinträge in den Oberlauf der Zwester Ohm .... 133
7.4 Durchschnittliche Flächen- und Tagesbelastung der Zwester Ohm (Ml) . . . 138
7.5 Bilanzierung der Wirkstofffrachten für alle Wirkstoffe............. 139
7.6 Einleiterbezogene punktuelle Frachten durch die KA und das RÜB Hachborn 146
7.7 Konzentrationen der Stichproben aus den Regenüberlaufbecken ....... 148
7.8 Trennung der PSM-Frachten an der Messsteile Ml in diffuse und punktuelle
Einträge...................................... 149
7.9 Wirkstofffrachten durch Aktivitäten der Regenentlastungsanlagen...... 152
7.10 Vergleich der Pflanzenschutzmittel-Emissionen aus verschiedenen Entwässe-
rungssystemen ................................... 156
7.11 Punktuelle Frachten pro Feldspritze in den Applikationsperioden....... 156
7.12 Punktuelle Einträge in die Zwester Ohm.................... 157
8.1 Häufigkeit der Positivbefunde an der Messstelle Dl .............. 165
8.2 Häufigkeit der Positivbefunde an der Messstelle D2.............. 165
8.3 Rangkorrelationskoeffizienten zwischen Wirkstoffkonzentrationen und Abflüssen 166
8.4 Wirkstoffeinträge in die Vorfluter der Teileinzugsgebiete............ 170
8.5 Vergleich der PSM-Kontamination der Messstellen Dl, D2 und Ml...... 172
8.6 Ergebnisse der Extrapolation der Frachten der Teileinzugsgebiete auf das Ge-
samteinzugsgebiet ................................. 173
8.7 PSM-Frachten im Basis- und Direktabfluss an der Messstelie Dl....... 176
8.8 PSM-Frachten im Basis- und Direktabftuss an der Messstelle D2....... 177
Tabellenverzeichnis
8.9 PSM-Konzentrationen im Basis-, Direkt und Mischabfluss an Dl und D2 . . 178
8.10 PSM-Frachten im Basis- und Direktabfluss an der Messstelle Ml...... 179
8.11 Ergebnisse der Abdriftmodellierung...................... 185
8.12 Vergleich der modellierten Wirkstofffrachten im Direktabfluss mit den ge-
messenen Frachten der Teileinzugsgebiete................... 186
8.13 Variationsbreiten der Parameter für die Sensitivitätsanalyse des Chemiemodulsl89
8.14 Modellierte Wirkstofffrachten im Direktabfluss für das Gesamteinzugsgebiet 191
8.15 Vergleich der modellierten Wirkstofffrachten im Direktabfluss mit den ge-
messenen Frachten im Einzugsgebiet ..................... 192
12.1 Eluentenprogramm für die chromatographische Bestimmung der Wirkstoffe 206
12.2 Nachweis- und Bestimmungsgrenzen der Pflanzenschutzmittel-Analytik . . . 207
12.3 Fragebogen zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln........... 208
12.4 Das Wirkstoffspektrum im Ebsdorfergrund .................. 211
12.5 Ergebnisse der Pflanzenschutzmittel-Analysen an der Messstelle Ml .... 214
12.6 Ergebnisse der Pflanzenschutzmittel-Analysen an der Messstelle M2 .... 215
12.7 Ergebnisse der Pflanzenschutzmittel-Analysen an der Messstelle Pl..... 216
12.8 Ergebnisse der Pflanzenschutzmittel-Analysen an der Messstelle Dl..... 217
12.9 Ergebnisse der Pflanzenschutzmittel-Analysen an der Messstelle D2..... 218
12.10 Korrelationsmatrix für die Messstelle M2................... 219
12.11 Korrelationsmatrix für die Messstelle Pl.................... 220
12.12 Pflanzenschutzmittel-Frachten durch Aktivitäten der Regenentlastungsanlagen221
12.13 Spannbreite der PSM-Frachten an den Messstellen Pl, Dl, D2, Ml und M2 222
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| publisher | Inst. für Bodenkunde und Bodenerhaltung |
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| series | Boden und Landschaft |
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| spelling | Müller, Karin Verfasser aut Diffuse und punktuelle Pflanzenschutzmittel-Einträge in ein Fließgewässer Messungen und Modellierung Karin Müller PSM-Einträge in Gewässer Gießen Inst. für Bodenkunde und Bodenerhaltung 2000 X, 244 S. Ill., graph. Darst., Kt. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Boden und Landschaft 31 Zsfassung in engl. Sprache Zugl.: Gießen, Univ., Diss., 2000 Messung (DE-588)4038852-9 gnd rswk-swf Pflanzenschutzmittel (DE-588)4045587-7 gnd rswk-swf Fließgewässer (DE-588)4017551-0 gnd rswk-swf Schadstoffeintrag (DE-588)4510651-4 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Fließgewässer (DE-588)4017551-0 s Pflanzenschutzmittel (DE-588)4045587-7 s Schadstoffeintrag (DE-588)4510651-4 s Messung (DE-588)4038852-9 s DE-604 Boden und Landschaft 31 (DE-604)BV010744874 31 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=009411791&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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