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Sprühgeräte, 15.10.2012

“VERLUSTARM SPRÜHEN” DIE WISSENSCHAFTLICHE BASIS

Es ist weder zeitgemäß noch vermittelbar, eine fehlerhafte Luftverteilung durch überhöhten Diesel- und unnötigen Pflanzenschutzmittelverbrauch kompensieren zu wollen.

Einleitung

Für die Bekämpfung von Apfelschorf als bedeutendster Pilzkrankheit werden fast nur protektive Fungizide verwendet. Da diese nach einer Behandlung nur einen begrenzten Blattzuwachs schützen, muss der Verlust an Wirkungsdauer durch eine möglichst kurze Zeitspanne zwischen Applikation und Regenbeginn minimiert werden. Das dazu nötige Applikationsfenster wird allerdings oft durch Phasen mit Wind verkürzt. Zudem sind die Parzellen häufig relativ klein und auf mehrere Standorte verteilt, was zu hohen Nebenzeiten führt. Diese werden durch die in größeren Betrieben mehrfache Zubereitung der Spritzbrühe weiter erhöht und können einen erheblichen Anteil am Gesamtzeitbedarf für die Behandlung des Betriebes ausmachen. Weiterhin besteht bei der Zubereitung der Spritzbrühe das Risiko einer Kontamination mit unverdünnten Produkten, das von der Anzahl Fassfüllungen pro Spritzdurchgang abhängt
 
Da sich unter diesen Anforderungen eine maximale Schlagkraft nur mit geringen Wassermengen erzielen lässt, hat sich bereits in den 1980er Jahren in Großbritannien, den Niederlanden, Österreich und Deutschland eine auf feintropfigen Düsen wie z.B. „Albuz ATR lila“ basierende Applikation als Standard entwickelt. Weitere wichtige Argumente für eine feintropfige Applikation sind ihr minimales Risiko für Spritzflecken und Phytotoxizität sowie - aufgrund qualitativ hochwertiger Beläge [siehe Abbildung 1]- eine mögliche Reduktion der Produkt-Aufwandmengen. Diese feintropfige Applikationstechnik war jedoch gefährdet, da man sich nahezu weltweit auf grobtropfige Injektordüsen und hohe Wassermengen zur Verminderung der Abdrift fixiert hat [siehe Abbildung 2], aufgrund derer die Sicherheitsabstände zu Gewässern offiziell reduziert werden können. Damit wurden die Forderungen der Praxis jedoch nicht berücksichtigt. Daher war es dringend geboten, nach Methoden zur Abdriftminderung zu suchen, die bei feinen Tropfen und niedriger Wassermengen eine den Injektordüsen vergleichbare Abdriftminderung ergeben.
 

Abdriftreduktion mit feintropfigen Düsen

Ausgehend vom Status Quo sollte ein Verfahren mit einer Abdriftminderung von mindestens 75% entwickelt werden, um über eine Eintragung in die 75%-Abdriftminderungsklasse des JKI Braunschweig, reduzierte Gewässerabstände bei der Applikation von Pflanzenschutzmitteln offiziell nutzen zu können. Als Schlüssel dazu ist nur die annähernd rechteckige Luftverteilung von Gebläsen mit Querstromcharakteristik (im Folgenden Querstromgebläse) geeignet, nicht jedoch die radiale Verteilung von Axialgebläsen [siehe Abbildung 3]. Eine in der Praxis vereinzelt bereits praktizierte unspezifische Reduktion der Drehzahl von Querstromgebläsen wurde zu einer Anpassung an die Baumform weiterentwickelt, so dass nur noch ein sehr geringer Anteil des Sprühnebels die Baumkrone auf der anderen Seite verlässt bzw. über die Gipfel der Baumkrone in die Atmosphäre gelangt.
Mit diesen Grundlagen wurde anhand des offiziellen deutschen Protokolls zur Durchführung von Abdriftversuchen ermittelt, welchen Effekt ein mit feintropfigen Hohlkegeldüsen („Albuz ATR lila“ bei konstant 7,5 bar) bestücktes und bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten mit baumform-angepasstem Luftstrom betriebenes Querstromgebläse auf die Abdrift hat. Es wurden ein Sprühgerät “Wanner N36-A” mit reinem Axialgebläse, das - ebenfalls mit der Hohlkegeldüse „Albuz ATR lila“ bestückt - als Referenzgerät diente, sowie ein “Wanner SZA32” Axialgebläse mit Querstromaufsatz als Versuchsgerät verwendet.
In einer ersten Variante wurde das Axialgebläse mit 6 km h‑1, 540 min‑1 (Zapfwellendrehzahl) in Stufe I betrieben. In den nächsten Varianten wurde bei sonst gleichen Einstellungen das Gebläse „SZA32“ verwendet und weiter bei konstant 6 km h‑ die Drehzahl über 420 min‑1 auf 300 min‑1 als baumformangepasste Luftleistung reduziert. In zwei weiteren Varianten wurde die Fahrgeschwindigkeit auf 9 km h‑1 bzw. 12 km h‑1 erhöht und die Gebläsedrehzahl jeweils an die Baumform angepasst (330 min‑1 bzw. 420 min‑1) [siehe Abbildung 4].
Im Vergleich zu den deutschen Abdrifteckwerten produzierte das Axialgebläse bei 6 km h‑1 und Nenndrehzahl (540 min‑1) die 4,1-fache Abdrift des Referenzwertes über eine Distanz von 3 m bis 50 m von der letzten Baumreihe. Allein der Wechsel auf das Querstromgebläse reduzierte die Abdrift um 40% auf das 2,4-fache. Mit der Reduktion der Drehzahl auf 420 min‑1 wurde die Abdrift um weitere 36% auf das 1,5-fache vermindert. Die Anpassung an die Baumform ergab schließlich eine weitere Reduktion auf 24% über den Eckwerten. Die erhöhten Fahrgeschwindigkeiten (9 km h‑1 und 12 km h‑1) erbrachten bei ebenfalls baumform-angepasstem Luftstrom (330 min‑1 und 420 min‑1) in etwa dieselben Abdriftwerte (33% bzw. 11% über den Eckwerten). Daraus kann abgeleitet werden, dass Querstromgebläse mit feintropfigen Hohlkegeldüsen und baumformangepasster Gebläseluft bei jeder Fahrgeschwindigkeit in etwa dieselbe Abdrift produzieren. Bezogen auf das Axialgebläse mit Standardeinstellungen (6 km h‑1, 540 min‑1) entsprach dies zwar einer Reduktion um ca. 94%, aber noch keiner echten Abdriftminderung unter die Abdrifteckwerte. Erst der Austausch der drei obersten Hohlkegeldüsen durch zwei kleine Injektordüsen („Albuz AVI 8001“) führte bei den drei Kombinationen aus Fahrgeschwindigkeit und Gebläsedrehzahl zu einer echten Abdriftminderung zwischen 81% und 84% unter die Eckwerte [siehe Abbildung 5], was die Eintragung in die 75%-Abdriftminderungsklasse ermöglichte. Mit diesem Düsenwechsel wird auch deutlich, dass der Sprühnebel, der nach oben aus dem Bestand entweicht, die Abdrift in größeren Entfernungen von der Anlage bestimmt. Eine Wiederholung des Versuches unter Hagelnetz ergab eine weitere Steigerung der Abdriftminderung auf ca. 95%, so dass eine Eintragung in die 90%-Abdriftminderungsklasse möglich ist. Damit war für bereits in den Betrieben vorhandene Querstromgebläse eine Methode gefunden, ohne konstruktive Änderungen am Gebläse die für die Praxis enormen Vorteile feintropfiger Applikation mit den Forderungen nach einer Reduktion der Abdrift zu kombinieren.
 

Die Effekte baumformangepasster Luftunterstützung auf die Belagsbildung

Mit den positiven Ergebnissen der Abdriftversuche war es auch von Interesse, den Einfluss eines baumform-angepassten Luftstromes auf die Belagsbildung, insbesondere Belagsmasse, Bedeckungsgrad und Tropfendichte zu untersuchen. Hierzu wurde ebenfalls ein “Wanner SZA32”-Axialgebläse mit Querstromcharakteristik, bestückt mit 2 x 8 Hohlkegeldüsen „Albuz ATR lila“ verwendet. Um einen weiten Bereich von Anbauformen abzudecken, wurde der Versuch in je einer Anlage 3er-Beet, schlanker Spindel sowie Superspindel durchgeführt, Fahrgeschwindigkeit, Wasser- und Mittelaufwand über das MABO-
Dosiermodell errechnet und die Gebläsedrehzahl visuell auf die jeweilige Baumform eingestellt. Als Vergleich wurden die drei Baumformen mit demselben Sprühgerät, der jeweils betriebsinternen Fahrgeschwindigkeit bei voller Gebläsedrehzahl und einem Wasseraufwand von konstant 200 l ha‑1 behandelt [siehe Tab.1].
Die Ergebnisse zeigen, dass mit einem mit baumformangepasstem Luftstrom betriebenen Querstromgebläse im Vergleich zu hohem Luftstrom eine erhebliche Zunahme der Applikationseffizienz (Belagsmasse: µg cm‑2, Bedeckungsgrad: %, Tropfendichte: n cm‑2; jeweils pro Liter ausgebrachter Brühe ha‑1) erreicht wird, die mit abnehmender Kronentiefe deutlich zunimmt. So steigt die Applikationseffizienz der Belagsmasse auf dem Blatt von 14% im Beet, über 29% in der schlanken Spindel, bis zu 35% in der Superspindel. Ähnlich verhält es sich beim Bedeckungsgrad der Blattoberseite, bei dem die Applikationseffizienz im Beet, ausgehend von einem deutlich höheren Niveau als in der Praxisvariante, um 29% geringer ausfällt, in Spindel und Superspindel dagegen um 26% bzw. 67% höher liegt als in den Praxisvarianten. Die Tropfendichte auf der Blattoberseite zeigt im Beet eine mit -5% annähernd gleiche Applikationseffizienz, liegt in der schlanken Spindel um 27% und in der Superspindel um 56% höher als bei der Praxisvariante mit hohem Luftstrom [siehe Tab.2].
Damit kann bei Querstromgebläsen mit feintropfigen Düsen über einen baumformangepassten Luftstrom nicht nur die Abdrift stark reduziert, sondern auf der Blattoberseite auch die Ausnutzung der Pflanzenschutzmittel erheblich gesteigert werden. Hierbei wird in schlanker Spindel bei einer Fahrgeschwindigkeit von 9 km h‑1 eine 25%ige Reduktion der Brühemenge zu 100% ausgeglichen, in Superspindel bei 12 km h‑1 eine 43%ige Reduktion immer noch zu 77%. Die Beläge der Blattunterseite sind nicht von Bedeutung, da diese im Vergleich zur Oberseite bei vollem Luftstrom mindestens um das 2,5-fache höher belegt ist, bei angepasstem noch um das 2-fache. Dieses Missverhältnis nimmt mit steigendem Strömungswinkel der Gebläseluft zu, kann bei Axialgebläsen am Gipfel höherer Bäume bis zum 14-fachen betragen und wird dort über die Abdrift der Axialgebläse teilweise ausgeglichen.
Die Anpassung des Luftstroms an die Kronentiefe führt zu einer einheitlicheren Belagsbildung und vermindert auch die Abnahme des Belages von der Kronenperipherie zum -zentrum. Für tiefe Baumformen von großer Bedeutung ist eine bei baumformangepasster Applikation deutlich bessere Belegung der Blattoberseite im oberen Bereich des Kronenzentrums. Hier ist die in der Praxis durch überhöhte Fahrgeschwindigkeit und Gebläsedrehzahl schlechte Durchdringung der Krone Ursache von Krankheits- und Schädlingsbefall in diesem Bereich. Die in fast allen Baumformen gegenüber heutiger Praxis mögliche Reduktion der Gebläsedrehzahl führt weiterhin zu einer enormen Abnahme von Treibstoffverbrauch und Lärmemissionen, verbessert damit die CO2-Bilanz der Obstproduktion und verhindert lärmbedingte Beschwerden aus Wohngebieten.
Mit der in der Praxis einfach umsetzbaren Abdriftminderung für feintropfige Düsen ohne qualitative und quantitative Verschlechterung der Beläge kann diese hocheffiziente Applikationstechnik für die Praxis erhalten werden. Damit wird die Liste positiver Eigenschaften kleiner Tropfen um die Möglichkeit reduzierter Produktaufwandmengen über eine baumformangepasste Applikation sowie minimalen Treibstoffverbrauch und geringer Lärmemission erweitert.
 

Die gleichmäßige vertikale Verteilung der Gebläseluft - Das Kernproblem

Für eine Eintragung von Querstromgebläsen und feintropfigen Düsen in die 75% Abdriftminderungsklasse muss laut Julius-Kühn-Institut (JKI), Braunschweig, das Querstromgebläse bei klassischer Abdriftminderung über Injektordüsen in der 90%-Abdriftminderungsklasse eingetragen sein und zudem bezüglich Wasser- und Produktaufwand sowie Fahrgeschwindigkeit nach den Vorgaben des MABO-Dosiermodelles betrieben werden. Als Referenzwerte müssen hierzu die Zapfwellendrehzahlen für eine baumformangepasste Applikation in drei Anlagen mit voller Belaubung, in denen das MABO-Dosiermodell Fahrgeschwindigkeiten von 6 km h‑1, 9 km h‑1, und 12 km h‑1 errechnet, ermittelt werden.
Bereits eines der ersten geprüften Querstromgebläse zeigte hier selbst bei voller Drehzahl eine Fehlfunktion: da hinter dem Axialgebläse kein Verteilsystem zur erforderlichen Versorgung des Querstromaufsatzes vorhanden war, wurde dieser nur mit der regulären Luft eines Ausschnitts des Gebläseauslasses von ca. 900 cm2 Fläche, entsprechend ca. 30% der gesamten Auslassfläche, versorgt. Nach einer Umlenkung durch Luftleitbleche wurde diese Luft mit einer gesamten Auslassfläche von ca. 2.800 cm2, dem etwa 3-fachen der Eingangsfläche des Aufsatzes, verteilt. Dies führte dazu, dass die radiale Luftverteilung bei einem Winkel von ca. 45° (rote Linie in [siehe Abbildung 6]) abgeschnitten wurde. Dadurch bildete einerseits die steil aus dem Gebläse strömende Luft eine Barriere für den schwachen Luftstrom aus dem Aufsatz, so dass dieser den Baum nicht erreichen konnte, während andererseits der Winkel der Hauptströmung direkt aus dem Gebläse mit ca. 45° zu niedrig war, um die Spitzen der Bäume zu erreichen. Die aus dem Aufsatz austretende Luft wurde nach oben deutlich schwächer, wodurch der Sprühnebel der obersten Düse sich an der Rückseite des Aufsatzes angelagert hat und nach oben aus der Anlage in die Atmosphäre entwichen ist (blau eingefasster Bereich in [siehe Abbildung 6]). Dies wurde von einigen Obstbaubetrieben bestätigt, die nach Anschaffung dieses Gebläsetyps von starkem Schorfbefall im oberen Baumbereich berichteten.
Alarmiert durch diese Beobachtung wurde die Luftverteilung einer ganzen Reihe von Gebläsen auf dem Luftprüfstand der Obstbau-Fachschule Gleisdorf überprüft. Dabei wiesen nahezu alle Querstromgebläse eine fehlerhafte Vertikalverteilung auf, die von zu niedriger Arbeitshöhe bis zu stark ungleicher Verteilung auf beiden Gebläseseiten reichte; in einigen Fällen war eine befriedigende Funktion selbst bei voller Gebläsedrehzahl fraglich. Aber auch die Vertikalverteilung war häufig stark ungleichmäßig, was eine Anpassung der Gebläsedrehzahl an die Baumform unmöglich macht. Denn in diesem Fall erreicht der Luftstrom, der bereits bei voller Drehzahl an einzelnen Stellen schwach ist, bei reduzierter Drehzahl eine noch geringere horizontale Reichweite, so dass die entsprechende Stelle in der Baumkrone nicht mehr vollständig behandelt wird. Dies wird bei den Luftverteilungen in [siehe Abbildung 7] deutlich, in der die horizontalen Linien die maximale Luftgeschwindigkeit und die Pfeile in der Mitte die Strömungsrichtung an der jeweiligen Position darstellen.
Nach vielen geprüften Gebläsen ist die Vertikalverteilung in bezug auf einheitliche Arbeitshöhe und Strömungswinkel auf beiden Seiten und eine gleichmäßige Reichweite über die Arbeitshöhe meist mangelhaft. Zudem haben selbst die Einzelgeräte einer Serie keine identische Vertikalverteilung, sondern weichen vor allem im oberen Bereich individuell oft stark voneinander ab [siehe Abbildung 8]. Daher ist die Überprüfung und eventuelle Einstellung der Luftverteilung eines jeden Neugerätes zwingend erforderlich, insbesondere, wenn mit feinen Tropfen und niedrigen Wassermengen bei baumform-angepasstem Luftstrom und höheren Fahrgeschwindigkeiten gearbeitet werden soll.
 

Schlussfolgerungen

Ausgelöst durch diese unerwartet schlechte Vertikalverteilung der Gebläseluft bei fast allen Gebläsetypen, haben der Südtiroler Beratungsring für Obst- und Weinbau, der Verband der steirischen Erwerbsobstbauern und die Marktgemeinschaft Bodenseeobst eG, in deren Regionen auf etwa 30.000 ha Obst angebaut wird, im Jahr 2010 ein Gemeinschaftsprojekt zur Überprüfung und Einstellung der Luftverteilung von neuen Sprühgeräten für
Raumkulturen begonnen. Dieses soll in einem ersten Schritt den Betrieben in den jeweiligen Regionen ermöglichen, speziell hinsichtlich der Luftverteilung optimierte und neutral geprüfte Sprühgeräte zu erwerben. Damit ist gewährleistet, dass der Käufer ein nachweislich funktionierendes Gerät erhält und mit feintropfigen Düsen bei baumform-angepasster Applikation alle Vorteile einer optimierten Luftführung nutzen kann:
 
  1. Abdriftminderung um mindestens 75/90% mit feintropfigen Düsen und niedrigen Wassermengen
  2. bessere und effizientere Belagsbildung
  3. stark reduzierter Treibstoffverbrauch
  4. stark reduzierte Lärmemissionen
  5. Reduktion des Pflanzenschutzmittelverbrauchs im Gesamtbetrieb durch baumformabhängige Dosierung und Applikation
  6. Erheblich höhere Schlagkraft durch mehr Hektar pro Fassfüllung
 
Dazu haben die drei Organisationen im Jahr 2010 einen Auftrag an die Firma Ernst Herbst Prüftechnik e. K. in Hirschbach vergeben, basierend auf dem von der Obstbaufachschule Gleisdorf im Jahr 1994 entwickelten Luftprüfstand ein neues Modell zu konstruieren [siehe Abbildung 9]. Einige technische Daten und Funktionen sind in [Tabelle 3] aufgelistet.
Vervollständigt durch die Überprüfung und Einstellung der vertikalen Brüheverteilung auf dem Lamellenprüfstand bei neuen und gebrauchten Sprühgeräten für Raumkulturen, haben es sich die drei Organisationen zur Aufgabe gemacht, eine hocheffiziente Applikationstechnik umweltfreundlicher zu gestalten und in die Praxis einzuführen. Diese Verbesserung der Luft- und Brüheverteilung von Sprühgeräten für Raumkulturen als wichtiger Beitrag für eine weitere Minimierung der Umwelteinflüsse im Baumobstbau wird auch von der Obstwirtschaft in allen drei Regionen als wichtiger Beitrag für einen umweltschonenderen Anbau gewertet und unterstützt, denn es ist weder zeitgemäß noch vermittelbar, eine fehlerhafte Luftverteilung durch überhöhten Diesel- und unnötigen Pflanzenschutzmittelverbrauch kompensieren zu wollen.
 

Literatur 

Triloff, P., (2011): Verlustreduzierter Pflanzenschutz im Baumobstbau - Abdriftminimierung und Effizienzsteigerung durch baumformabhängige Dosierung und Luftführung. Dissertation, Institut für Agrartechnik, Universität Hohenheim, Stuttgart, 351 S., Verlag Ulrich E. Grauer, Stuttgart, ISBN 978-3-86186-563-6

Medium


Obstbau Weinbau ist seit 1964 ein praxisorientiertes Fachmagazin des Südtiroler Beratungsrings für Obst- und Weinbau. Jährlich erscheinen 11 Ausgaben (Juli/August Doppelnummer) mit Fachartikel über Anbaumethoden, Versuche, Sorten, Forschungsergebnisse, Betriebswirtschaft, Statistiken, Züchtungsergebnisse, Pflanzenschutz, Vermarktung, Lagerung,  Studienreisen u.a. aus den Bereichen Obst-, Weinbau und Kellerwirtschaft.
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