Transport von Ethidimuron, Methabenzthiazuron und Wassertracern in einer Parabraunerde

Abstract

In einer typischen Parabraunerde wurden Stofftransportexperimente in 4 ungestörten Laborbodensäulen, 12 Freilandlysimetern an 2 Standorten (Profiltiefe 1,1 m) sowie auf einer 1 ha-Feldfläche durchgeführt. Im Feldboden wurden Wasserfluß und Stofftransport mit einer aktiven, kontinuierlichen Sickerwasserbeprobung durch 60 Saugplatten a 0,06 m² mit bodentensionsgesteuertem Unterdruck in den Tiefen 0,4 m und 1,2 m erfaßt. Alle Versuchsglieder wurden bewuchsfrei gehalten. Die Feldfläche und die Lysimeter erhielten 1997 eine Frühjahrsapplikation von 6,2 kg ha^-1 Difluorbenzoesäure (DFB) sowie eine Herbstapplikation von 300 kg ha^-1 Bromid, 1,4 kg ha^-1 Ethidimuron (ETD) und 1,6 kg ha^-1 Methabenzthiazuron (MBT). DFB und Bromid fungierten als Wassertracer. Der Wasser- und Wärmehaushalt des Bodens wurde durch Niederschlags- und Sickerwassermessungen sowie tiefenaufgelöste Bodenfeuchte-, Saugspannungs- und Bodentemperaturmessungen erfaßt.<br /> Die Sickerwassermengen der Lysimeter an den beiden Standorten waren nahezu identisch. Die mittleren Sickerwassermengen der Saugplatten in 1,2 m Tiefe beliefen sich auf 67% der Mengen in den Lysimetern. Die Heterogenität der Sickerwassermengen war zwischen den einzelnen Saugplatten erheblich größer als die zwischen den einzelnen Lysimetern.<br /> Innerhalb der ersten Wochen nach Applikation konnten in allen Systemen Substanzdurchbrüche beobachtet werden (präferentieller Fluß), in den Perkolaten der Lysimeter jedoch ausgeprägter als in denen der Saugplatten in 1,2 m Tiefe. Alle ETD- und MBT-Austräge (<0,05-0,95% in den verschiedenen Systemen) wurden wegen ihres frühen Auftretens als präferentiell klassifiziert. Präferentieller Fluß wurde durch den fehlenden Pflanzenbewuchs wahrscheinlich sehr begünstigt, wie Vergleiche mit Lysimeteruntersuchungen unter Bewuchs zeigten. Die Durchbruchskurven der Wassertracer DFB und Bromid wurden annähernd vollständig erfaßt. DFB wurde in den Lysimeterperkolaten nur zu circa 53% wiedergefunden und kann daher nicht als konservativer Wassertracer gelten. Die Tracer-Durchbruchskurven der einzelnen Saugplatten zeigen eine ausgeprägte Heterogenität.<br /> Begleitend zu den Feld- und Lysimeterversuchen wurden Batch- und Bodensäulenversuche zur Adsorption von ETD an den Oberboden der Parabraunerde durchgeführt. Der im Batchversuch bestimmte Adsorptionskoeffizient der Freundlich-Isotherme K_f,oc betrug 28 L kg^-1, nahm jedoch während der drei Desorptionsschritte auf 145 L kg^-1 zu. Im Bodensäulenversuch wurde mittels inverser Simulation der Durchbruchskurven ein durchschnittlicher Gleichgewichts-K_f,oc von 271 L kg^-1 bei einer ausgeprägte Kinetik der Sorption ermittelt. <br /> Simulationsrechnungen mit dem Verdunstungsmodell Beklima in Verbindung mit dem Wasser- und Stofftransportmodell Hydrus sowie dem Wasser- und Stofftransportmodell Pelmo v3.0 und modellinterner Verdunstungsberechnung nach Haude konnten die Sickerwasserbildung der experimentellen Systeme annähernd (Beklima/Hydrus) beschreiben beziehungsweise überschätzten sie deutlich (Pelmo). Unter Annahme einer Gleichgewichtssorption für ETD wurde der Durchbruch von ETD von beiden Modellen deutlich überschätzt. Mit der in den Bodensäulenversuchen ermittelten Sorptionskinetik berechnete Hydrus bis zum Ende des Beobachtungszeitraumes keine Stoffausträge. Da Hydrus präferentiellen Stofftransport nicht vorhersagen kann, wird dieses Ergebnis durch die Messungen bestätigt.

<strong>Transport of Ethidimuron, Methabenzthiazuron and Watertracers in a Luvisol</strong><br /> In a typical Luvisol, solute transport experiments were conducted in 4 undisturbed soil columns, under natural weather conditions in 12 undisturbed lysimeters at 2 trial sites (depth 1.1 m) and on a 1 ha field trial. In the field trial, water flow and solute transport were measured with an active, soil tension controlled, continuous sampling of the soil solution with 60 suction plates of 0.06 m² each installed in 0,4 and 1,2 m soil depth. The lysimeters and the field trial were kept free of vegetation. In 1997, they received one spring application of 6.2 kg ha^-1 difluorobenzoic acid (DFB) and one autumn application of 300 kg ha^-1 bromide as potassium bromide, 1.4 kg ha^-1 ethidimuron (ETD) and 1.6 kg ha^-1 methabenzthiazuron (MBT). DFB and bromide were used as water tracers to follow water flow in soil. Precipitation and percolate volumes, as well as soil moisture, suction and temperature at different depths were measured.<br /> Average percolate volumes of the two sets of lysimeters at the two different trial sites were almost identical. The average percolate quantity of the suction plates in 1.2 m sampling depth amounted to 67% of the lysimeters' leachate quantity. The heterogeneity of percolate amounts of the suction plates was considerably higher than that of the lysimeters. <br /> Within the first weeks after application, substance breakthroughs were observed in all systems (preferential flow), more pronounced in the lysimeters than in the suction plates in 1.2 m depth. Due to their early arrival in the leachate, for the most part before one eluted pore volume of soil water, all leached ETD and MBT amounts (<0.05-0.95% in the different systems) were classified as preferential. Preferential flow was presumably increased by the missing vegetation as comparisons with lysimeter studies with plant cover showed. The breakthrough curves of the water tracers DFB and bromide were almost complete. DFB recovery in the lysimeter leachates amounted to only 53% and, therefore, cannot be considered a conservative tracer. Moreover, the breakthrough curves of the tracers showed pronounced heterogeneity.<br /> The adsorption of ETD to the field topsoil was determined in batch equilibrium experiments as well as in soil column experiments. The measured batch equilibrium adsorption coefficient of the Freundlich isotherm K_f,oc was 28 L kg^-1 and increased in 3 desorption steps to 145 L kg^-1 in the final step. Inverse simulations of the ETD breakthrough curves of the 4 soil column experiments yielded an average equilibrium K_f,oc of 271 L kg^-1 and showed pronounced adsorption kinetics. <br /> Simulations with the evaporation model Beklima, in combination with the water flow and solute transport model Hydrus, revealed a fairly acceptable description of the soil hydrology; whereas, the water flow and solute transport model Pelmo v3.0 with an internal evaporation calculation overestimated the leachate amounts. Under the assumption of equilibrium sorption of ETD to soil, the breakthrough of ETD was clearly overestimated by both models. Assuming the adsorption kinetics derived from the soil column experiments, the model Hydrus simulated no elution of ETD within the observation period. Since Hydrus is not able to predict preferential flow, this result is confirmed by the measurements.