Umwelt-Material-Interaktionen
Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (2)
- Beitrag zu einem Tagungsband (1)
- Vortrag (1)
Schlagworte
- Bewitterung (1)
- Bodenanalytik (1)
- Calcium carbonate (1)
- Isotope ratio (1)
- LIBS (1)
- Potash (1)
- Proximal soil sensing (1)
- Prozessanalytik (1)
- RFA (1)
- Raman spectroscopy (1)
Organisationseinheit der BAM
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (4) (entfernen)
Eingeladener Vortrag
- nein (1)
Mobile proximal gamma-ray spectrometry (GS) is an emerging approach to estimate soil texture directly in the field. It relies on gamma radiation emitted during the natural decay of potassium-40 (K-40) and other isotopes. The K-40 counts are correlated with total K content, mineralogical soil composition and therefore with soil texture. Yet, it is not clear if K fertilisation impacts the ratio of K-40 to total K which would necessitate to take the fertilisation history into account for soil sensing applications. To elucidate this question, a well-documented long-term experiment was selected. The soils of the Rengen grassland experiment (55 plots) were investigated for total K (XRF-K) and for K-40 via mobile proximal GS. No significant differences in XRF-K and K-40 were found between the treatments with and without K fertilisation, although formely published results point to negative and positive K balances, respectively. Fertiliser analysis revealed a ratio of K-40 to total K that was almost identical to the natural abundance of 0.0117%. It was concluded that it is not necessary to take K fertilisation history into account when predicting soil texture from mobile proximal GS on agricultural land for, e.g., precision farming purposes.
Detailed knowledge about soil composition is an important prerequisite for many applications, for example precision agriculture. Current standard laboratory methods are complex and time-consuming but could be complemented by non-invasive optical techniques. Its capability to provide a molecular fingerprint of individual soil components makes Raman spectroscopy a very promising candidate. A major challenge is strong fluorescence interference inherent to soil, but this issue can be overcome effectively using shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS). A customized dual-wavelength diode laser emitting at 785.2 and 784.6 nm was used to investigate 117 soil samples collected from an agricultural field along a distance of 624 m and down to depths of 1 m. To address soil spatial heterogeneity, a raster scan approach comprising 100 measurement spots per sample was applied. Based on the Raman spectroscopic fingerprint extracted from intense fluorescence interference by SERDS, 13 mineral soil constituents were identified, and even closely related molecular species could be discriminated, for example polymorphs of titanium dioxide and calcium carbonate. For the first time, the capability of SERDS is demonstrated to predict the calcium carbonate content as an important soil parameter using partial least squares regression (R2 = 0.94, root mean square error of cross-validation RMSECV = 2.1%). Our findings demonstrate that SERDS can extract a wealth of spectroscopic information from disturbing backgrounds enabling qualitative and quantitative soil analysis. This highlights the large potential of SERDS for precision agriculture but also in further application areas, for example geology, cultural heritage and planetary exploration.
Gegenstand der vorzustellenden Arbeiten ist die Prüfung der Umwelt-beständigkeit und -verträglichkeit von Materialien und Produkten hinsichtlich der Emission von potenziellen Schadstoffen in die Umwelt. Hierzu werden chemisch-physikalische Einflüsse (Bewitterung) und mikrobielle Beanspruchungen an Modellmaterialien evaluiert. So werden die Freisetzungsraten von Schadstoffen in Abhängigkeit der Beanspruchung beschrieben. Als Modellmaterialien kommen die Polymere Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP) zum Einsatz. Synergistische Effekte der Bewitterungsparameter und der mikrobiologischen Beanspruchung sollen dabei ebenso betrachtet werden, wie die gezielte Alterung. Auch findet eine Beschreibung des Verhaltens der ausgetragenen Schadstoffe in den Umweltkompartimenten Boden oder Wasser statt. Hier sind mit Hilfe der zu entwickelnden Screening- und non-Target-Analyseverfahren die Transformation und der Metabolismus durch Mikroorganismen zu beschreiben. Aus den Ergebnissen sollen Korrelationen zwischen den künstlichen Alterungsverfahren und realen Szenarien abgeleitet werden.
Bei der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Förderinitiative „BonaRes“ steht die nachhaltige Nutzung der knappen Ressource Boden im Fokus. Das durch BonaRes geförderte Verbundprojekt „Intelligence for Soil“ (I4S) hat sich die Entwicklung eines integrierten Systems zur ortsspezifischen Steuerung der Bodenfruchtbarkeit zur Aufgabe gemacht, welches Empfehlungen zur Anpassung der Düngung und anderer Maßnahmen gibt, um die Bodenfunktionen zu verbessern und Umweltbelastungen zu vermindern. Das System soll aus drei Hauptkomponenten bestehen:
- Mobile Sensorplattform zur hochauflösenden Kartierung der Bodeneigenschaften (BonaRes Mapper). Die Sensorplattform enthält Bodensensoren zur komplexen Erfassung bewirtschaftungsrelevanter Bodeneigenschaften in situ.
- Dynamische Bodenmodelle (Nährstoff-, Wasser-, C-Haushalt) zur Verarbeitung der Sensordaten und Erzeugung entscheidungsrelevanter Informationen,
- Entscheidungsunterstützungssystem (EUS), welches in die Bodenmodelle agronomische und sozioökonomische Randbedingungen integriert, Düngungsempfehlungen ausspricht und Bodenfunktionen bewertet. Der Output des EUS sind insbesondere Düngungskarten für die ortsspezifische Düngung im Rahmen von Precision Agriculture.
Der Erhalt und die Verbesserung der Fruchtbarkeit von Böden durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen erfordert sorgfältig geplante Entscheidungen, die auf einer detaillierten Erfassung der Bodeneigenschaften und einem vertieften Verständnis der Bodenprozesse beruhen. Durch konventionelle, flächeneinheitliche Bewirtschaftungen (z.B. Düngung) können zum einen Ertragsverluste durch zu geringe Bewirtschaftungsintensität auf dem einen Teil der Fläche verursacht werden, während andere Teile des Feldes zu hohe Dosen erhalten und es dadurch zu Umweltbelastungen oder zu Verschwendung von Ressourcen kommt. Trotz der Verfügbarkeit von Technologien für ortsspezifische Düngung ist die Akzeptanz ortsspezifischer Bewirtschaftung (Precision Agriculture) in der Praxis noch gering. Ein wesentlicher Grund dafür ist das Fehlen von kostengünstigen Methoden zur Erfassung der bewirtschaftungsrelevanten Bodenmerkmale. Für die elementanalytische Untersuchung von Böden vor-Ort ist eine zuverlässige Analytik und Prozessüberwachung wie z.B. durch RFA oder LIBS erforderlich.