Zusammenfassung

Versuch mit Elektrostatik Gerät

Masterarbeit von Johannes Wendel (2017)

Justus-Liebig-Universität Gießen

Fachbereich 09 Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement

&

Hochschule Geisenheim University

Masterarbeit

Bildanalytische Bewertung neuer

Pflanzenschutzapplikationsverfahren im Obstbau

Referent:      Prof. Dr. Hans-Peter Schwarz,

                      Institut für Technik der Hochschule Geisenheim University

Korreferent: Dr. Karl Wettich,

                      Landwirtschaftlich Lehr- und Forschungseinrichtung (LFE)

                      Gießen, Justus-Liebig-Universität Gießen

Betreut durch: Dr. Rainer Keicher und Dipl. Ing. David Brunner,

                     Institut für Technik der Hochschule Geisenheim University

Eingereicht von: B. Sc. Johannes Stephan Wendel,

                     In der Nonnenhecke 5, 67098 Bad Dürkheim

Bad Dürkheim, 15. Mai 2017

3.1.4 Sprühgerät mit Elektrostatik „ZUPAN“

Das Sprühgerät mit Elektrostatik der Firma ZUPAN d.o.o. (ZUPAN d.o.o. a, Malečnik) wurde in der Versuchsreihe „2015“ in den Variante I 540 oE, II 540 mE, III BAD, IV verwendet. Der genaue Aufbau ist dem Autor nicht bekannt. Die verwendete Technik der elektrostatischen Aufladung wird im Anhang erklärt (8.7 Grundlagen – Elektrostatikverfahren – gelbe Markierung).

Tabelle 4 Technische Daten Pflanzenschutzsprühgerät „Elektrostatik“

Abbildung 11 Sprühgerät (verwendetes Gerät kann abweichen) mit elektrostatischer Aufladung der Tropfen – links: Rückansicht; rechts oben: Düsen mit Ringen; rechts unten: Düse mit Ring frontal, (ZUPAN d.o.o. b, 2015)

3.2 Versuchsparzellen

Die Versuchsparzellen bestanden aus Obstbäumen (Apfel, Sorten: Elstar und Jonagold) mit einem Reihenabstand von 3,25 m und einer Baumhöhe von ca. 2,5 m. Erziehungssystem war die Schlanke Spindel. Alle Anlagen waren ohne Hagelnetz. Die Versuche wurden jeweils nach der Ernte durchgeführt, die Bäume waren dabei voll belaubt.

Abbildung 12 Obstbaumanlage mit hochgerollten Hagelschutznetzen während der Applikation mit PSM (Knaus, 2015)

3.3 Probenahme

In diesem Abschnitt wird die Methode der Probenahme erläutert. Grundlage für die Probenahme ist das von Koch und Knewitz bevorzugte Verfahren für Obstanlagen. Koch und Knewitz schlagen ein Stichprobeverfahren für Obstanlagen vor, welches ermöglicht, „[…] die Belagsmasse auf einzelnen Blättern zu erfassen, sowie deren Variabilität zu schätzen und darüber hinaus ein Abbild der spatialen Verteilung im Baum zu liefern“, (Koch & Knewitz, 2006, S. 6). Im Fall dieser Arbeit wird nicht die Belagsmasse mit dieser Methode analysiert, sondern die prozentuale Bedeckung mit Pflanzenschutzmittel sowie die prozentuale Risikofläche mit unterschiedlichen Wirkkoronen um den Pflanzenschutzmitteltropfen. Werte zu Tropfenanzahl und Größe werden ebenfalls erhoben.

Für jede Variante gibt es drei Wiederholungen aus 4 Kronensektoren „A“, „B“, „C“ und „D“, über die Kronenhöhe verteilt, mit jeweils zehn Blättern (Triloff P. b., 2011) (siehe Abbildung 13).

Die Kronensektoren befinden sich in folgende Zonen am Baum:

A) Laubzone, die sich mit dem benachbarten Baum überschneidet

B) Äußere Laubzone auf der rechten Seite einer Reihe

C) Innere Laubzone, dem Stamm nahe

D) Äußere Laubzone auf der linken Seite einer Reihe (Koch & Knewitz, 2006).

„In jedem Kronensektor wird, beginnend von der höchsten Position im Baum (Position Nr. 1) auf ca. 2,5 m Höhe bis zu den untersten Zweigen (Blatt-Nr. 10) auf ca. 0,5 m in Abständen von ca. 25 cm je ein Blatt am Blattstiel entnommen und in die mit dem jeweiligen Code (Variante, Kronensektor, Wiederholung, Blattposition) markierten Papiertüte gegeben“,(Triloff P. b., 2011, S. 171).

Der Spritzbelag muss vorher angetrocknet sein. Weiter kommen die Papiertüten in Plastiktüten und dann in einen verschließbaren Karton, um den Abbau des lichtempfindlichen Fluoreszenzfarbstoffes zu minimieren (Triloff P. b., 2011). Näheres zum Fluoreszenzfarbstoff folgt in 3.4 Blattbelag.

Abbildung 13 Schema für Entnahme der Blattproben mit Positionen nach Schmidt und Koch (1995), verändert durch Triloff (2011, S. 170)

Zur Beprobung wurden echte, am Baum befindliche Pflanzenblätter verwendet, da diese die realen Verteilungscharakteristika von Pflanzenschutzmittel auf der Zielfläche wiederspiegeln, im Vergleich zu künstlichen Kollektoren, welche extra in den Versuchsparzellen aufgehängt werden müssten (Koch & Knewitz, 2006).

Mit den gewonnen Daten können Informationen über die durchschnittliche Bedeckung [%], über die Schwankungen der Bedeckung sowie über die Verteilung im Laub bereitgestellt werden. Dasselbe gilt für die Daten der Risikoflächen und für die Anzahl und Größe der Tropfen.

3.4 Blattbelag

Der pflanzenschutzmittelähnliche Blattbelag wurde mit einem Wasser- und Fluoreszenzfarbstoffgemisch erzeugt. Als Fluoreszenzfarbstoff wurde in den Versuchen das Produkt Tinopal® NFW (Fa. Ciba Lampertheim GmbH, Chemiestraße, DE-68623 Lampertheim) mit einem Aktivsubstanzgehalt von 20 g * 100 g-1 verwendet (Triloff P.b., 2011, S. 168). In der Versuchsreihe „2015“ betrug die Konzentration der Aktivsubstanz (Dinatrium-2,2'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyldivinylen)bis(benzolsulfonat)) 25 %. Die Aufwandmenge betrug in den Versuchen 300 ml/100 l.

3.5 Auswertungsmethode und -Software

Im folgenden Abschnitt werden die zwei unterschiedlichen Auswertungsmethoden mit unterschiedlicher Software erläutert. Ausgewertet wurden spezielle Versuchsbilder von Pflanzenblättern mit pflanzenschutzmittelähnlichem Belag (Wasser mit Fluoreszenzfarbstoff). Die Versuchsbilder wurden unter UV-Licht und einer auf einem Stativ montierten Kamera aufgenommen. Mit der Methode Buchholz & Vornhagen wurden jeweils der Belag der Blattober- und Unterseite analysiert, mit der Methode Brunner wurde nur der Belag der Blattoberseite untersucht. Vereinfacht wird die Belagsqualität von Pflanzenschutzmittel auf den jeweiligen Blattseiten anhand verschiedener Parameter untersucht.

Ausgegeben werden Tropfenfläche [cm²], Topfenanzahl, Tropfen pro cm², durchschnittliche Tropfengröße [mm²], Bedeckung [%], Risikofläche [%] Corona (0.6 mm, 1.2 mm, 1.8 mm) und Risikofläche [cm²] (0.6 mm, 1.2 mm, 1.8 mm) jeweils für den entsprechenden Schwellenwert.

Abbildung 26 Schematische Darstellung der "Wirkkorona“

3.6 Bewertung

Die bildanalytische Bewertung neuer Pflanzenschutzapplikationsverfahren im Obstbau, hinsichtlich der Belagsqualität von PSM auf den Blättern, ist eine vergleichende Bewertung der verschiedenen Sprühgeräten und ihren technischen Abwandlungen und Einstellungen, welche sich in den unterschiedlichen Varianten widerspiegeln.

Bewertet wird zum einen die Bedeckung der Blattflächen nach Zonen, die Bedeckung der Blattflächen über die Kronenhöhe sowie die Risikofläche der Blattflächen über die Kronenhöhe. Die Angaben zur Risikofläche basieren auf Werten der Wirkkorona, eines Pflanzenschutzmitteltropfens um dessen Zentrum, von 0,6 mm, 1,2 mm und 1,8 mm. Als Grundlage werden die Mittelwerte einer Variante herangezogen. Im Detail gibt es Grafiken nach dem Vorbild von Koch und Knewitz (siehe Abbildung 27).

Abschließend wird eine „Best of“-Tabelle mit den jeweils besten Varianten der verschieden Geräte, bezüglich der geringsten Risikofläche, erstellt.

Abbildung 27 Beispiel eines vertikalen Verteilungsmuster in vier Probezonen eines Apfelbaums inklusive durchschnittlicher Belag (Koch & Knewitz, 2006, S. 8)

4 Ergebnisse

4.2.2.1 „Elektrostatik“-Gerät (Variante I oE und II mE)

Prozentuale Bedeckung nach Zonen

Tabelle 21 „Elektrostatik“-Gerät (Variante I oE und II mE) – Prozentuale Bedeckung nach Zonen

Das „Elektrostatik“-Gerät hat in den Variante I und II eine ähnliche Verteilung der Bedeckung über die Zonen. Bei beiden ist Zone D am stärksten bedeckt. Die gesamte Bedeckung ist in Variante II mit eingeschalteter Elektrostatischer Aufladung deutlich größer als Variante I ohne Aufladung. Die Variationskoeffizienten betragen für Variante I 28,08 % und 14,21 % für Variante II.

Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe

Tabelle 22 „Elektrostatik“-Gerät (Variante I oE und II mE) – Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe

Hier erweist sich die Variante II als die bedeckungsstärkere. Der Gesamtwert beträgt bei Variante II 29,22 % im Gegensatz zu Variante I mit 14,23 %. Bei Beiden sind die Beläge ähnlich über die Kronenhöhe verteilt. Die Variationskoeffizienten betragen 22,82 % für Variante I und 13,48 % für Variante II. In diesem Fall ist Variante II die Bessere von beiden.

Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 0,6 mm

Tabelle 23 „Elektrostatik“-Gerät (Variante I oE und II mE) – Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 0,6 mm

In Bezug auf die Größe der Risikofläche mit einer Wirkkorona von 0,6 mm weisen beide Varianten geringe Werte auf. Variante II hat weniger Risikoflächen (0,29 %) als Variante I mit 3,29 %. Die Standardabweichung beträgt bei Variante II 0,19 und bei Variante I 1,48.

Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 1,2 mm

Tabelle 24 „Elektrostatik“-Gerät (Variante I oE und II mE) – Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 1,2 mm

Bei der Größe der Wirkkorona von 1,2 mm sind fast keine Unterschiede mehr wahrzunehmen. Beide Varianten besitzen Risikoflächen nahe Null Prozent. Ihre Standardabweichungen sind ebenfalls fast Null.

4.2.2.2 „Elektrostatik“-Gerät (Variante XV mE1R)

Die Variante XV mE1R weicht von den anderen Varianten des „Elektrostatik“-Geräts insofern ab, dass laut Triloff (persönlicher Kommentar, 2017) „ […] nur eine Reihe von links und rechts behandelt [wurde]. Damit sollte bei Behandlungen mit voller Gebläsedrehzahl der Einfluss der Behandlung der Nachbarreihen durch die überhöhte Gebläsedrehzahl ausgeschlossen werden“.

Prozentuale Bedeckung nach Zonen

Tabelle 25 „Elektrostatik“-Gerät (Variante XV mE1R) – Prozentuale Bedeckung nach Zonen

Die Variante XV weist eine relativ ähnliche Verteilung des Belags über die Zonen auf. Hier werden die BOS am stärksten bedeckt, gefolgt von Zone D. Der Variationskoeffizient beträgt 20,59 %.

Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe

Tabelle 26 „Elektrostatik“-Gerät (Variante XV mE1R) – Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe

Die gesammte Bedeckung bei Variante XV beträgt 36,66 %. Die Werte weichen maximal um circa 10 Prozentpunkte vom Mittelwert in beiden Richtungen ab. Der Variationskoeffizient liegt bei 19,05 %.

Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe und Zone

Tabelle 27 „Elektrostatik“-Gerät (Variante XV mE1R) – Prozentuale Bedeckung über die Kronenhöhe und Zonen (A, B, C, D)

Hier ist zu erkennen, dass die Bedeckungswerte der BOS der Zonen über die Kronenhöhe unterschiedlich stark streuen. Im oberen Drittel erreicht Zone B den höchsten Wert über alle Zonen hinweg.

Prozentuale Größe der Risikoflächen

Tabelle 28 „Elektrostatik“-Gerät (Variante mE1R) – Prozentuale Größe der Risikoflächen

Die Risikoflächen sind bei allen Wirkkoronen nahe Null. Die Risikofläche verringert sich hier bei C_0.6 mit 0,77 % um einen Faktor nahe 13 auf einen Wert von 0,06 % bei C_1.2. Bei einer Wirkkorona von C_1.8 sind keine Risikoflächen mehr vorhanden.

4.2.3 „Best of“ aus allen Versuchsreihen und Geräten in Bezug auf die Größe der Risikofläche (kleinste Mittelwerte)

Zur Beurteilung aller Varianten nach den besten ihres Gerätes wurde die geringste durchschnittliche Risikofläche als Maßstab angesetzt. Zu beachten ist, dass das „Elektrostatik“-Gerät und das „Wanner-Praxis“-Gerät beidseitig Belag applizierten und alle anderen Geräte halbseitig.

Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 0,6 mm

Tabelle 41 „Best of“ – Prozentuale Größe der Risikofläche – Korona = 0,6 mm

Das beste Ergebnis im Vergleich mit allen Varianten liefert die Variante 2015 II „Elektro“. Diese Variante liefert die kleinsten Risikoflächen auf der Blattoberseite. Die beste Variante des „Weber-Prototyps“ erzeugt im „Best of“-Vergleich die zweitbeste Größe der Risikofläche. Die beste Variante (Variante 2014 III „Wanner“) des „Wanner-Prototyps“ hat eine circa 20 Prozentpunkte größere Risikofläche (Wirkkorona C=0,6 mm) als die Variante 2015 II „Elektro“. Die beste Variante des „Wanner-Praxis“- Geräts (Variante 2015 V „Wanner-Praxis“) weist ein um circa 53 Prozentpunkte schlechteres Ergebnis auf. In Bezug auf die Verteilung der Risikoflächen auf der BOS über die Kronenhöhe erzeugen die Variante 2015 II „Elektro“ und Variante 2015 XI „Weber“ gleichmäßige Bilder. Die beiden Anderen streuen mehr.

Prozentuale Größe der Risikoflächen mit Wirkkorona von 1,2 mm

Tabelle 42 „Best of“ – Prozentuale Größe der Risikofläche – Korona = 1,2 mm

4.2.4 Vergleich der „Best of“-Varianten

In der folgenden Tabelle 43 sind die „Best of“-Varianten samt Daten aufgelistet. Die Variante 2015 II „Elektro“ weist die geringsten Risikoflächen auf, hat aber im Versuch beidseitig appliziert. Deshalb wurde als Vergleichsmaßstab die Variante 2015 XI „Weber-Prototyp“ gewählt.

Abbildung 38 Vergleichstabelle der „Best of“-Varianten UND Vergleich mit Variante 2015 XI „Weber-Prototyp“

Variante 2015 II „Elektro“ weist eine circa acht Prozentpunkte geringere Risikofläche, Variante 2014 III „Wanner“ eine circa 12 Prozentpunkte größere und Variante 2015 V „Wanner-Praxis“ eine circa 33 Prozentpunkte größere Risikofläche als der Vergleich (Variante 2015 XI „Weber-Prototyp“) (Wirkkorona C= 0,6 mm) auf. Bezüglich der Wirkkorona von C= 1,2 mm werden die Unterschiede zum Vergleich hin geringer. Variante 2015 II „Elektro“ ist circa ein Prozentpunkt besser, Variante 2014 III „Wanner“ 4,5 Prozentpunkte schlechter und 2015 V „Wanner-Praxis“ 16 Prozentpunkte schlechter.

6 Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurden neue Pflanzenschutzapplikationsverfahren im Obstbau bildanalytische bewertet. Die Arbeit liefert interessante Ergebnisse zur Verbesserung der Applikation von Pflanzenschutzmittel im Obstbau. Insgesamt ist festzustellen, dass die Prototypen besser Pflanzenschutzmittel auf die Blattoberseite applizieren als das Praxis- Gerät. Die unterschiedlichen technischen Veränderungen an den Geräten (zum Beispiel: Abstand der Düsenstationen und Luftaustrittsstationen untereinander, Wahl und Anzahl der Düsen, Verwendung elektrostatischer Aufladung der Tropfen) sowie die externen Veränderungen (Fahrgeschwindigkeit und Applikationsmethode) spiegeln sich im Ergebnis wieder. Beim Ausbringen von PSM im Obstbau kommt es meist zu einer Überbelegung der Blattunterseite und einer weniger guten Belegung der Blattoberseite. Gerade über die Oberseite befällt ein Hauptschädling im Obstbau (Sporen des Apfelschorfs; Venturia inaequalis, Cooke, Winter) die Blätter (Triloff P. b., 2011). Mit den hier analysierten neuen Pflanzenschutzapplikationsverfahren von Prototypen und einem Elektrostatik-Gerät kann dieses Problem gelöst werden.

Das beste Ergebnis im Vergleich unter allen Varianten liefert die Variante 2015 II „Elektro“. Diese Variante liefert die kleinsten Risikoflächen auf der Blattoberseite. Das hier verwendete Gerät ist das Sprühgerät der Firma Zupan (ZUPAN d.o.o. a, Malečnik) mit eingeschalteter Elektrostatik. Zu beachten ist allerdings, dass die Applikation mit diesem Gerät von beiden Seiten erfolgte. Die beste Variante des „Weber-Prototyps“ (Weber, Mechanische Werkstätte Bodman) erzeugt im „Best of“-Vergleich die zweitbeste Größe der Risikofläche. Appliziert wurde das Pflanzenschutzmittel mit diesem Gerät nur halbseitig.

Für die Analyse der Belagsfotografien der Pflanzenblätter von Obstbäumen wurde von Brunner (Institut für Technik der Hochschule Geisenheim University) ein neues Programm, auf Basis des Bildverarbeitungsprogramms OpenCV, geschrieben. Der größte Fortschritt des Analyseprogramms liegt darin, dass die Werte der Risikoflächen (Blattflächen mit unzureichender Bedeckung mit PSM) keine gemittelten Werte über die durchschnittliche Tropfenanzahl und Tropfengröße samt Korona sind, sondern die tatsächliche Risikofläche ermittelt wird. Somit werden weitere Versuche an der Hochschule Geisenheim University mit diesem Programm untersucht werden.

8.7 Grundlagen – Elektrostatikverfahren