-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pflanzenschutzmittels mit verzögerter Wirkstoffabgabe gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Pflanzenschutzmittel mit verzögerter Wirkstoffabgabe gemäß Patentanspruch 7.
-
Zur Sicherung der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung mit Agrarprodukten sowie auch zur Erhaltung der Lebensqualität der Menschen durch Gestaltung und Pflege von Gärten und öffentlichen Grünanlagen ist der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln notwendig. Dabei ist ein wesentlicher Gedanke des integrierten Pflanzenschutzes, chemische, biologische und mechanische Methoden zu kombinieren und durch vorbeugende Maßnahmen und optimale Kulturführung den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu minimieren.
-
Der Schutz von Kulturpflanzen, Menschen und Haustieren steht dabei im Mittelpunkt, wobei gleichzeitig eine Gefährdung des Naturhaushaltes, insbesondere von Gewässern, vermieden werden muss. Dabei ist es zweckmäßig, die kultivierte Fläche möglichst intensiv zu bearbeiten, um davon den bestmöglichen Ertrag zu erzielen und möglichst viel Fläche der Natur unberührt zu überlassen.
-
Bisher werden Pflanzenschutzmittel hauptsächlich im Spritzverfahren eingesetzt. Dies gilt auch für Präparate, die im beziehungsweise über den Boden wirken sollen. Im alternativen Gießverfahren sind große Flüssigkeits- und Wirkstoffmengen erforderlich, zudem besteht die Gefahr der Verlagerung in tiefere Bodenschichten, so dass sich der Wirkstoff zu weit von den Zielorganismen entfernt und es darüber hinaus zur Verunreinigung von Gewässern kommt. Ferner wird bei diesen herkömmlichen Verfahren der Wirkstoff relativ rasch aus den zu behandelnden Bodenbereichen ausgewaschen, so dass nur ein sehr kurzfristiger Effekt des Pflanzenschutzmittels erreicht wird.
-
Ein Verfahren zur Herstellung eines granulatförmigen Präparates mit Alginat geht aus der
DE 10 2006 004 403 A1 hervor.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das es auf einfache Weise erlaubt, zu wirtschaftlich günstigen Bedingungen ein Pflanzenschutzmittel mit effizienter Wirkstofffreisetzung herzustellen, welche auch über einen längeren Zeitraum bereitgestellt wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Pflanzenschutzmittel zur Verfügung zu stellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Pflanzenschutzmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
-
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird ein Verfahren zur Herstellung eines Pflanzenschutzmittels mit verzögerter Wirkstoffabgabe bereitgestellt, wobei aus Algen gewonnenes pulverförmiges Alginat zusammen mit mindestens einem Pflanzenschutz-Wirkstoff unter Polymerisation des Alginats zu einer plastischen Präparatmasse verarbeitet und zu Granulatkörnern geformt wird. Dieses Verfahren kann mit sehr geringem apparativem Aufwand, vorzugsweise mittels eines Extruders, zu wirtschaftlich günstigen Bedingungen ausgeführt werden.
-
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pflanzenschutzmittel sind noch gezielter und effizienter einsetzbar und sowohl für biologische wie auch chemische Wirkstoffe gleichermaßen geeignet. Die erhaltenen streufähigen Granulate können bei Feldkulturen auf dem Boden ausgebracht oder für Topfkulturen in gärtnerische Substrate eingemischt werden. Dabei sind nicht nur Pflanzenschutzmittel im strengen Sinne des Pflanzenschutzgesetzes herstellbar. Diese umfassen vielmehr auch Pflanzenstärkungsmittel und Hilfsstoffe, die zurzeit noch nicht zulassungspflichtig sind.
-
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Pflanzenschutzmittel in Granulatform zeichnet sich durch eine besonders gute Konsistenz aus. Ferner weisen die hergestellten Granulatkörper eine hohe Abriebfestigkeit bei einer sehr geringen Staubabgabe auf, wodurch eine längerfristige Lagerfähigkeit erhalten wird. Druck und Temperatur sowie die Drehzahl der gleich- oder gegensinnig angetriebenen Extruderschnecken im Extruder werden so eingestellt, dass eine Polymerisation des Alginats bewirkt wird.
-
Durch das Extrusionsverfahren erfolgt ferner eine sehr gute Einarbeitung und homogene Einmischung der Pflanzenschutz-Wirkstoffe unter Ausbildung einer stabilen Struktur des polymerartig vernetzten Alginats. Die Wirkstoffe können in fester oder flüssiger Form direkt in den Extruder eingeleitet oder in einer Vormischung zudosiert werden, so dass eine sehr genaue Dosierung möglich und eine gleichbleibende Wirkstoffkonzentration gegeben ist.
-
Das Verfahren ist flexibel für den gesamten Ackerbau und den gärtnerischen Pflanzenbau einsetzbar, wie zum Beispiel für Ackerbaukulturen, Grünland, Forst, Sonderkulturen, gärtnerische Kulturen, Garten- und Landschaftsbau, einschließlich Sport- und Golfplätze, Grünanlagen im urbanen Bereich sowie den Hobbygartenbau. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in den Bereichen „Nichtkulturland”, wie öffentliche Wege und Plätze, Verkehrsflächen, Industrieanlagen und Gleisanlagen, Schädlingsbekämpfung im Bereich Vorratsschutz/Lebensmittel, Stallhygiene sowie im Desinfektions-Hygienebereich.
-
Ein besonderer Effekt tritt bei dem durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Pflanzenschutzmittel auf. Nach dem Ausbringen der Granulatkörper bildet das algenhaltige Material zusammen mit der Luftfeuchtigkeit beziehungsweise der Bodenfeuchtigkeit im Randbereich des Granulatkörpers ein Material mit einer gelartigen Konsistenz, wobei der Kern des Granulatkörpers weitgehend trocken bleibt. Der Wirkstoff diffundiert durch diesen gelartigen Außenbereich des Granulatkörpers und wird verfügbar. Im Laufe der Zeit wird das gelartige Material biologisch abgebaut und dabei weitere Nährstoffe freigesetzt. Durch den biologischen Abbau des außen liegenden gelartigen Bereiches wandert die Phase mit einer gelartigen Konsistenz allmählich in das Innere des Granulatkörpers und wird dabei immer wieder nachgebildet. Auf diese Weise werden die Wirkstoffe auch über einen längeren Zeitraum freigesetzt, sogenannter „Slow-Release-Effekt”, und der Wirkstoff über einen längeren Zeitraum in der gewünschten Bodenzone gehalten. Zusätzlich sind die Wirkstoffe durch den außen liegenden schützenden gelartigen Bereich vor einem vorzeitigen biologischen Abbau oder vor Zersetzung durch UV-Licht geschützt.
-
Die Pflanzenschutz-Wirkstoffe umfassen nach der Erfindung insbesondere Herbizide, Insektizide, Fungizide, Bakterizide und/oder Biozide. Bei den Herbiziden können insbesondere Bodenherbizide, insbesondere aus der Gruppe der Sulfonylharnstoffe, sowie Blattherbizide, wie Glyphosphat und/oder Glufosinat eingesetzt werden. Bei letztgenannten Blattherbiziden ist bei der erfindungsgemäßen Ausbringung als Granulat eine Wirkstoffmenge von 1000 g/ha ausreichend.
-
Als Insektizide können nach der Erfindung bevorzugt Flumioxazin mit einem Wirkstoffaufwand von 30–150 g/ha, Flazasulfuron mit einem Aufwand von 50 g/ha, Metsulfuron mit einem Aufwand von 5–8 g/ha und/oder Spinosad mit einem Aufwand von 24–96 g/ha eingesetzt werden.
-
Als Fungizide und/oder Bakterizide können insbesondere kupferhaltige Produkte eingemischt werden, die über eine gleichmäßige Freisetzung von Cu-Ionen wirken.
-
Hinsichtlich Bioziden können pilzliche oder bakterielle Organismen, die z. B. als Antagonisten gegen Schaderreger wirken, diese befallen und dadurch bekämpfen oder Toxine und/oder Organismen (etwa Dauersporen) zur Bekämpfung der Schaderreger bilden.
-
Erfindungsgemäß kann dabei in das Pflanzenschutzmittel in den Extruder auch biologisch wirksame Organismen als Nährstoffe für die Biozide oder als „Beute” oder „Köder” dienen, welche von den Schaderregern zusammen mit dem bekämpfenden Mittel aufgenommen werden.
-
Bereits mit geringeren Wirkstoffmengen pro zu behandelnder Bodenoberfläche ist durch die längerfristig anhaltende Wirkung des Pflanzenschutzmittels eine effiziente Wirkung zu erreichen. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich der Befall über einen längeren Zeitraum erstreckt, da hierbei Folgebehandlungen mit Spritzverfahren reduziert werden können. Wichtig ist dies für Insektizide gegen Bodenschädlinge wie beispielsweise Drahtwürmer, Engerlinge und verschiedene Käferarten. Aber auch mit weniger resistenten beziehungsweise weniger toxischen Wirkstoffen ist durch den Langzeiteffekt eine gute Wirkung zu erreichen. Interessant ist diese Tatsache für Bodenherbizide, bei denen eine lang anhaltende Wirkung gewünscht wird oder bei denen die Gefahr einer Verlagerung ins Grundwasser besteht sowie für Fungizide oder Bakterizide, wie zum Beispiel kupferhaltige Produkte, die über eine gleichmäßige Freisetzung von Kupferionen wirken. Als Wirkstoffe können sowohl chemische wie auch biologische Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden.
-
Im Gegensatz zu flüssigen oder pulverförmigen Produkten ist aus der Sicht des Anwenders für eine geringe Exposition und eine hohe Dosiergenauigkeit die Ausbringungsform als staubfreies Granulat vorteilhaft. Gerade biologische Präparate liegen häufig in Pulverform vor, deren Allergenpotenzial insbesondere bei Sporen von Pilzen und Bakterien erheblich sein kann.
-
Darüber hinaus können insbesondere biologische Wirkstoffe oder Organismen kostengünstiger produziert werden und weisen zusätzlich den Vorteil einer längeren Haltbarkeit auf.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, den biologischen Pflanzenbau zu unterstützen und dabei gleichzeitig den Einsatz von konventionellen chemischen Wirkstoffen zu optimieren sowie zum Schutz der Umwelt beizutragen.
-
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Alginaten handelt es sich um Salze der Alginsäuren, welche in den Zellwänden von Algen vorkommen. Die zur Erfindung einsetzbaren Alginate sind Polysaccharide, die als wasserlösliche und stark quellende Stoffe kolloidale hochviskose Lösungen oder Dispersionen ergeben. Daraus resultieren funktionelle Eigenschaften, insbesondere Verdickung, Wasserbindevermögen, Stabilisierung von Suspensionen und Emulsionen sowie Gel- und Gallertenbildung. Nach der Erfindung umfassen die Alginate neben Polysacchariden insbesondere Hexosen, Pentosen und/oder Polyuronsäuren.
-
Die in diesen Alginaten enthaltenen Polyuronsäuren setzten sich aus D-Mannronsäure und L-Guluronat zusammen, wobei über das relative Verhältnis und die Anordnung der beiden Uronsäuren die Eigenschaften des Alginats bestimmt werden können.
-
In der Präparatmasse können neben den Alginaten und dem Wirkstoff auch weitere wesentliche in Algen in hochkonzentrierter Form vorliegende Substanzen wie Kohlenhydrate, Lipide, Vitamine, Pigmente, Makroelemente, Proteine, Phytohormone und Spurenelemente enthalten sein oder ergänzend zugegeben werden.
-
Um das Alginat zu gewinnen, werden Algen, die auf Farmen kommerziell gezüchtet werden, regelmäßig geerntet, an Land von den Salzen ausgewaschen und anschließend getrocknet oder auch gefriergetrocknet. Nach der Trocknung werden die Algen zu Algenmehlen in verschiedenen Feingraden vermahlen. Über den Feingrad kann die spezifische Oberfläche des Algenmehls definiert eingestellt werden, welche die Vermischung zu einer plastischen Präparatmasse und die Kinetik des Zerfalls des erhaltenen Granulatkörpers bestimmt. Je nach Verwendungszweck können demnach die Alginate geeignet aufbereitet werden.
-
Das Vermischen des Alginats mit dem Wirkstoff erfolgt erfindungsgemäß in einem Extruder, insbesondere einem Mehrwellenextruder, womit die Vermischung der einzelnen Komponenten schnell und mit dem gewünschten Homogenitätsgrad unter wirtschaftlichen Bedingungen erreicht werden kann. Die Extrudertechnologie ist eine bewährte und ausgereifte Technologie, die nur wenig Bedienpersonal und eine einfache Wartung erfordert. Dabei wird aus den Komponenten in dem Extruder unter erhöhtem Druck, etwa 2 bis 200 bar, und erhöhter Temperatur, etwa 25 bis 140°C, durch die mechanischen Belastungen die plastische Präparatmasse gebildet. Bei einem Mehrwellenextruder mit insbesondere zwei kämmenden Extruderschnecken kann das Verfahren besonders schnell und damit schonend durchgeführt werden.
-
Über den Druck kann die Festigkeit des Granulatkörpers und dessen Auflösungskinetik gesteuert werden. Ferner ist unter einem gegebenen Mengenverhältnis von Alginat zu Wirkstoff ein definierter Druck notwendig, um aus der Mischung eine plastische Masse zu bilden, welche besonders gut in die gewünschte Granulatkörperform gebracht werden kann, wobei der Knetprozess im Extruder durch die plastischen Eigenschaften unterstützt wird.
-
Die Ausextrusion der plastischen Präparatmasse am Austritt des Extruders erfolgt zweckmäßigerweise durch ein Formwerkzeug, insbesondere eine Lochplatte, welche etwa im Zusammenwirken mit einer Abschneideeinrichtung eine Herstellung der Granulatkörper in jeder beliebigen Geometrie und Größe ermöglicht. Da sich über die Granulatgröße und -geometrie die spezifische Oberfläche des Granulates bestimmt, ist es möglich, über diese Parameter die Zersetzungsgeschwindigkeit des Granulates an die erforderlichen Bedingungen und den jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Ferner wird durch das Extrudierverfahren die notwendige mechanische Druckkraft bereitgestellt, welche für ein Hindurchpressen durch ein Formwerkzeug notwendig ist, so dass eine sehr schnelle und gleichmäßige Formgebung erreicht wird. Bei Abkühlung der extrudierten Materialstränge, welche vorzugsweise unmittelbar am Austritt aus dem Extruder mittels Schneideinrichtung abgelängt werden, härtet die Masse zu einer stabilen, festen Struktur aus. Das Granulat wird anschließend in einem trockenen Zustand luft- und wasserdicht verpackt, um eine vorzeitige Gelbildung zu verhindern.
-
Erfindungsgemäß wird das Alginat von Braunalgen gewonnen. Insbesondere sind als Grundstoff die marinen Braunalgen der Arten Ascophylum und Laminaria bevorzugt. Diese Arten wachsen wie unterseeische Tannenwälder auf Felsen oder Steinen an den Küsten gemäßigter und kalter Meere, an die sie sich durch Haltorgane klammern und bis zu 100 m lang werden. Nach Abmähen der Blätter der Braunalgen und Zerkleinerung des getrockneten Tangs können die Alginate biologisch oder chemisch aktiviert werden. Das Abmähen der Braunalgenblätter kann so erfolgen, dass ein Nachwachsen der Algen nicht gestört wird. in einer intakten Umwelt können die Braunalgen ohne nachteilige Folgen regelmäßig geerntet werden. Braunalgen weisen im Vergleich zu anderen Algenarten wie Rotalgen einen besonders hohen Gehalt der essentiellen Alginsäuren beziehungsweise Alginate auf. Auf speziellen Farmen werden mittlerweile Braunalgen kommerziell gezüchtet und regelmäßig geerntet. Die Braunfärbung entsteht durch das Fucoxanthin, welche das Chlorophyll überdeckt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Alginat durch einen chemischen Aufschluss getrockneter Algen, insbesondere Algenmehle, gewonnen.
-
Die in dem Ausgangsmaterial vorliegende ursprüngliche Alginsäure ist eine hochmolekulare langkettige Polyuronsäure, die sich chemisch sehr passiv und kaum wirksam verhält. Die Passivität liegt in den langkettigen hochmolekularen Verbindungen in der Zellwand der Braunalgen begründet. Durch einen chemischen Aufschluss können diese reaktionsträgen, hochmolekularen und langkettigen Alginsäuren in niedermolekulare kurzkettige Alginsäuren und Alginate umgewandelt werden. Die aufgeschlossen niedermolekularen Alginate zeigen eine wesentlich höhere Aktivität und weisen daher eine stärkere Wirksamkeit auf.
-
Vorteilhaft wird der chemische Aufschluss mit Natrium- und/oder Kaliumsalzen durchgeführt. Dadurch werden neben der Umwandlung der langkettigen Moleküle in kurzkettige Systeme gleichzeitig die für ein Pflanzenwachstum besonders wertvollen Natrium- und Kaliumionen eingebracht. Ferner sind die entsprechenden Salze kostengünstig in großem Maßstab kommerziell erhältlich, gut lagerfähig und für die Umwelt weitgehend unschädlich. Neben einem Aufschluss unter Anwendung dieser Salze ist es auch möglich, das reine Alkalimetall mit entsprechenden Mineralsäuren als Reaktionspartner mit dem Algenmaterial umzusetzen. Sofern das Algenmaterial nicht in aufgeschlossener Form in den Extruder eingeleitet wird, kann der Aufschluss auch im Extruder selbst erfolgen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich ein Trägerstoff in den Extruder eingeleitet und in die Präparatmasse eingemischt.
-
Bei diesen Trägerstoffen kann es sich sowohl um mineralische wie auch biologische Materialarten handeln. Als mineralische Trägerstoffe sind insbesondere poröse weiche Gesteinsarten sowie Schaumglas geeignet. Als biologische organische Trägerstoffe sind natürliche Rohstoffe, insbesondere ölhaltiges Pflanzenmaterial, wie Rapsölrückstände und dergleichen geeignet. Ein derartiges ölhaltiges Material wird auch von Ölpflanzen geliefert, die in ihren Samen, Kernen oder Früchten öl- oder fettartige Stoffe enthalten. Wichtige Ölpflanzen sind die Ölfrüchte der Olive, der Ölpalme und die Avocado, sowie die sogenannten Ölsaaten wie Raps, Lein, Soja, Baumwolle, Erdnuss, Sonnenblume, Kürbis, Koriander, Rizinus, Mohn, Sesam, Kokosnuss, Kakao und Mandeln.
-
Diese nachwachsenden natürlichen Rohstoffe sind in den meisten Fällen in großen Mengen zu niedrigen Kosten erhältlich und erfordern keine aufwändigen Synthese- und Reinigungsverfahren. Zudem sind derartige biologische Rohstoffe vollständig biologisch abbaubar, wobei bei der Zersetzung dieses Biomaterials wichtige Pflanzennährstoffe, insbesondere stickstoffhaltige Verbindungen, freigesetzt werden.
-
Insbesondere bei Verwendung eines biologischen Pflanzenschutzmittels als Wirkstoff, wie Bakterien, Pilze oder Sporen, ist das Vorsehen von Nährstoffen in dem Trägerstoff vorteilhaft, da hierdurch eine Vermehrung beziehungsweise das Wachstum der Mikroorganismen begünstigt wird. Darüber hinaus kann der Trägerstoff auch zusätzliche Nährstoffe enthalten, insbesondere Salze, welche Stickstoff, Phosphor und/oder Kalium gebunden enthalten. Diese Mineralsalze umfassen die wichtigsten für das Pflanzenwachstum erforderlichen Mineralsalze, wobei insbesondere Stickstoff, Phosphor und Kalium essenzielle Elemente darstellen. Als stickstoffhaltige Salze eignen sich insbesondere Ammoniumsulfat, Kalkammonsalpeter, Harnstoff, Harnstoffaldehydkondensate, Stickstoffmagnesia, Ammonsulfatsalpeter, Kalksalpeter und Calciumcyanamid. Der als Nährstoff enthaltene Stickstoff wird durch Hydrolyse in Form von Ammoniak, Harnstoff oder Nitrat freigesetzt. Im Fall von Kalkstickstoff entsteht als Zwischenprodukt Cyanamid, das gleichzeitig als Unkrautvertilgungsmittel und Schädlingsgift dient.
-
Darüber hinaus kann durch die Zugabe eines Bindemittels als Trägerstoff auch das Wasserbindevermögen der Präparatmasse beeinflusst werden und somit die Ausbildung der Gelphase bei Kontakt mit Feuchtigkeit an die Umgebungsbedingungen angepasst werden. Auf diese Weise lässt sich die Auflösungskinetik der aufgebrachten Granulatkörper und damit die Geschwindigkeit der Freisetzung des Wirkstoffes als Pflanzenschutzmittel beeinflussen.
-
Zudem können in den porösen Trägerstoffen größere Mengen an chemischen Pflanzenschutzmitteln absorbiert werden oder im Fall von biologischen Pflanzenschutzmitteln ökologische Nischen bereitgestellt werden.
-
Es ist zweckmäßig, wenn in den Extruder weitere Komponenten, insbesondere Extrusionshilfsmittel, biologisch abbaubare Lösungsmittel, Bindemittel oder Additive eingeleitet und in die Präparatmasse eingemischt werden.
-
Als Extrusionshilfsmittel sind insbesondere Polyethylenglykol, Methylenharnstoff, Wachs, Rapskuchen, Soja, Weizen und andere insbesondere ölhaltige Pflanzenrückstände geeignet.
-
Polyethylenglykol ist ein thermoplastisches Polymer, das je nach Kettenlänge flüssig oder fest vorliegt und chemisch inert ist. Polyethylenglykole werden nach der Erfindung in Verbindung mit Pflanzenschutzmitteln für die Einstellung der Löslichkeit eingesetzt. Ferner sind Polyethylenglykole nicht flüchtig und bis zu einer Temperatur von etwa 150°C thermisch stabil und somit insbesondere in der Verwendung in einem Extruder geeignet. Zudem weisen Polyethylenglykole außergewöhnlich niedrige Toxizitätswerte auf und zeichnen sich durch eine gute Hautverträglichkeit aus. Auch gegenüber Fischen und Mikroorganismen sind Polyethylenglykole nicht toxisch. Weiterhin sind Polyethylenglykole verhältnismäßig leicht abbaubar, wobei die Abbaubarkeit mit steigender Molekülmasse abnimmt.
-
Durch eine geeignete Variation der mittleren Molekülmasse des verwendeten Polyethylenglykols kann die Abbaukinetik der Pflanzenschutzmittelformkörper definiert eingestellt werden. Zudem kann die Wasserlöslichkeit sowie die Wasserbindefähigkeit der Granulatkörper über die mittlere Molekülmasse des verwendeten Polyethylenglykols beeinflusst werden.
-
Weitere bevorzugte Extrusionshilfsmittel sind nachwachsende biologische Rohstoffe, die in den meisten Fällen in großen Ressourcen vorhanden und zu niedrigen Kosten zu erhalten sind. Darüber hinaus sind sie durch die Mikrobiologie des Bodens vollständig abbaubar, wobei bei der Zersetzung wertvolle, insbesondere stickstoffhaltige Nährstoffe freigesetzt werden, die ihrerseits das Pflanzenwachstum begünstigen. Besonders geeignet sind die bereits genannten Ölpflanzen, die einen relativ hohen Gehalt an natürlichen Ölen und Wachsen enthalten. Darüber hinaus können aber auch tierische Materialien, wie beispielsweise fetthaltige haut- und oberflächennahe Gewebestrukturen verwendet werden, wie sie als Abfallprodukte in der Fleisch verarbeitenden Industrie anfallen.
-
Zudem ist es vorteilhaft, in den Extruder weitere Komponenten, insbesondere Mineralstoffe, pflanzliche Faserstoffe und/oder Pflanzennährstoffe einzuleiten und mit der Präparatmasse zu vermengen. Mit diesen Komponenten können zum einen die gewünschte Konsistenz, Dichte, Fließfähigkeit, Grenzflächeneigenschaften und andere physikalisch-chemische Merkmale definiert eingestellt werden, um während des Extrusionsprozesses eine verformbare plastische Masse zu erhalten, welche am Extruderausgang über eine ausreichende Formstabilität verfügt, um durch ein Schneidwerkzeug zu einem Granulat abgelängt zu werden. Ferner kann den zu behandelnden Pflanzen neben dem Pflanzenschutzmittel auch ein breites Nährstoffspektrum zugeführt werden, wobei das Nährstoffportfolio auf die zu behandelnde Pflanzenart gezielt ausgerichtet werden kann, um insbesondere die durch das Pflanzenschutzmittel auftretenden für die Pflanzen belastenden Nebeneffekte zu kompensieren. Darüber hinaus können die zusätzlichen Bestandteile auch eine keimtötende Wirkung aufweisen, um eine längerfristige Lagerung ohne die Gefahr von Pilzbefall und anderen Verrottungsprozessen zu ermöglichen.
-
Es ist erfindungsgemäß, wenn der Anteil an Alginat an der Präparatmasse etwa 10 bis 80 Gew.-% beträgt. Abhängig vom Wirkstoff und Einsatzzweck kann der Pflanzenschutz-Wirkstoff einen Anteil von unter 1% bis zu einem zweistelligen Prozentbereich, etwa bis zu 50% erreichen.
-
Bei diesem Anteil ist sichergestellt, dass der Granulatkörper die zur Ausbildung einer Gelphase bei Kontakt mit Außenfeuchtigkeit notwendigen Eigenschaften aufweist. Diese Gelbildungseigenschaften werden mit dem restlichen Anteil aus dem Trägerstoff sowie dem Wirkstoff weiter angepasst. Bei einer niedrigen Außenfeuchtigkeit sollte der Alginatanteil eher im oberen Bereich gewählt werden, um die hygroskopischen Eigenschaften des Alginats zur Wasseraufnahme optimal auszunutzen. Demgegenüber ist in eher feuchten Gebieten auch ein niedriger Alginatanteil ausreichend, da hierbei die notwendige Wasserbindefähigkeit durch die restlichen Bestandteile ohne weiteres zur Verfügung gestellt werden kann.
-
Durch eine Variation des Alginatanteils wird darüber hinaus die Geschwindigkeit der Gelbildung und somit die Auflösungskinetik des Granulatkörpers bestimmt. Somit wird durch die Wahl des Algenanteils in bestimmendem Maß die Verweilzeit des Granulatkörpers im Bodenbereich und damit die Wirkstofffreisetzung beeinflusst. Ein weiterer bestimmender Faktor, welcher den Alginatanteil bestimmt, ist der Kostenanteil, da die notwendigen Algenpräparate kostspieliger zu erwerben sind als die restlichen Materialbestandteile. Weiterhin ist denkbar, dass der Anteil an Alginat in verschiedenen Bereichen des Granulatkörpers variiert. So kann im Außenbereich des Granulatkörpers ein erhöhter Alginatanteil vorgesehen sein, um die Gelbildung zu unterstützen, während dies im inneren Kern des Kornes eher eine untergeordnete Rolle spielt, da bei den hierbei vorliegenden kleinen Partikelgrößen die spezifische Oberfläche ausreichend hoch ist, um die notwendige Durchfeuchtung des Granulatkorns in einer hinreichenden Zeit zu bewirken.
-
Gemäß der Erfindung wird die Extrusion bei einer Temperatur von 40 bis 140°C durchgeführt.
-
Um einen für die Extrusion gewünschten plastischen Zustand zu erreichen, ist das Einstellen einer definierten Temperatur notwendig, da über diesen Parameter die Viskosität der Präparatmasse und der Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst werden kann. Auch sind Diffusion und Löslichkeit stark von der Temperatur abhängig, so dass erst ab einer definierten Temperatur eine vollständige homogene Durchdringung des algenhaltigen Materials mit dem Wirkstoff sowie gegebenenfalls mit dem Trägerstoff sichergestellt ist. Zudem werden erst ab einer bestimmten Temperatur in zunehmendem Maße Keime und Bakterien abgetötet und eine Sterilisation der Präparatmasse erreicht, wodurch die Lagerfähigkeit verbessert wird. Je nach gewähltem Pflanzenschutzmittel, dies gilt insbesondere bei biologischen Mitteln, sind jedoch definierte Temperaturobergrenzen einzuhalten, um eine Zersetzung von Wirkstoffen beziehungsweise eine Abtötung der Wirkstoffe erzeugenden Mikroorganismen zu vermeiden.
-
Neben der Temperatur kann zusätzlich über den Druck während der Extrusion die Festigkeit des Granulatkörpers und dadurch dessen Auflösungskinetik gesteuert werden. Insbesondere ist unter einem gegebenen Mengenverhältnis von Alginat zu Wirkstoff beziehungsweise Trägerstoff ein definierter Druck notwendig, um aus der Mischung eine plastische Masse zu bilden, welche besonders gut in die gewünschte Granulatkörperform gebracht werden kann, wobei der Knetprozess im Extruder durch die plastischen Eigenschaften unterstützt wird.
-
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn aus dem Extruder Feuchtigkeit abgeführt und ein definierter Feuchtegehalt der Präparatmischung eingestellt wird. Dies ist notwendig, um die plastischen Eigenschaften der Masse in ausreichendem Maße aufrechtzuerhalten und gleichzeitig sicherzustellen, dass enthaltene Salzionen in einer wässrigen Phase ungehindert diffundieren und sich im Präparatmaterial frei verteilen können. Zudem sollte der Feuchtegehalt auch ausreichend niedrig gewählt werden, um die Lager- und Transportkosten durch ein zu hohes Gewicht nicht übermäßig zu belasten. Sofern der gewünschte Feuchtegehalt durch die mechanischen Einwirkungen im Extruder erreicht wird, können spätere aufwändigere und energieintensivere Trocknungsschritte entfallen.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Pflanzenschutzmittel mit verzögerter Wirkstoffabgabe, umfassend eine Mischung aus einem aus Algen gewonnenen pulverförmigen Alginat und mindestens einem Wirkstoff, wobei die Mischung durch Extrusion zu Granulatkörnern geformt ist.
-
Die Alginate weisen insbesondere bei ihrer Anwendung zur Bodenbehandlung eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften auf. So verbinden sich Alginate nach Wasseraufnahme mit den zweiwertigen Calciumionen sowie den Ton- und Humusteilchen zu Ton-Humus-Komplexen. Diese Reaktion verbessert die Bodeneigenschaften positiv. Daneben stellen Alginate Polyanionen dar, die in der Lage sind, Kationen zu binden, um somit als Kationenaustauscher zu fungieren. Je höher die Kationenaustauschkapazität eines Bodens ist, desto mehr Wirkstoffionen vermag der Boden zu speichern und an die Pflanzen abzugeben. Damit sorgen die Alginate dafür, den Wirkstoff im Boden zu halten, diesen vor Auswaschung zu schützen und gegen Austausch von Protonen zur Verfügung zu stellen. Weiterhin werden durch diese Fähigkeit Schwermetalle gebunden und deren Toxizität reduziert.
-
Alginate sind ferner in der Lage, ein Vielfaches ihres eigenen Gewichtes an Wasser aufzunehmen und dadurch die Wasserhaltekraft des Bodens um über 10% zu steigern, wodurch den Pflanzen mehr Wasser zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird durch die Alginate der Durchlüftungsfaktor des Bodens durch die Bindung von Bodenfeinteilchen wesentlich erhöht. Die größere Oberfläche der entstehenden Krümelstruktur führt zu einer Verbesserung der Bodendurchlüftung.
-
Das erfindungsgemäße Pflanzenschutzmittel wirkt ferner unterstützend auf die Bodenflora, wobei die bakterielle Entwicklung gefördert und die Bodentemperatur erhöht wird. Die erhöhte Bodentemperatur sorgt gemeinsam mit den Phytohormonen dafür, dass die Vegetationsperiode ausgedehnt wird.
-
Eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Pflanzenschutzmittels ist die spezifische Wasserbindefähigkeit durch Bildung einer Gelphase in Verbindung mit der Feuchtigkeit des Bodens oder der Luft im Außenbereich des Granulatkörpers durch den die Wirkstoffe hindurch diffundieren und in den Bodenbereich eindringen. Diese Gelphase wird in Abhängigkeit vom Alginatanteil und weiteren Parametern im Laufe der Zeit chemisch und biologisch abgebaut, so dass die Feuchtigkeit in das Innere des Granulatkörpers werter vordringen kann und die Front der Gelphase in den Kern des Granulatkörpers voranschreitet. Durch eine definierte Auswahl des Alginatanteils kann die Fähigkeit zur Ausbildung der Gelphase gesteuert und somit insgesamt der Zerfall und die Verweilzeit des Granulatkörpers im Boden definiert werden. Es können hierbei Verweilzeiten bis zu sechs Monaten erreicht werden.
-
Ein weiterer Effekt der Gelphase Ist, dass verschiedene Wirkstoffe bei ihrer Diffusion durch diese Phase eine chromatographische Auftrennung erfahren und somit unterschiedliche Wirkstoffsubstanzen zu verschiedenen Zeitpunkten in den umgebenden Bodenbereich eintreten. Dies führt zu einer gleichmäßigeren und nachhaltigeren Wirkung des Pflanzenschutzmittels.
-
Auch stellt das erfindungsgemäße Pflanzenschutzmittel im Boden Polyuronsäuren bereit. Ein höherer Polyuronsäuregehalt bewirkt eine verstärkte Resistenz der Pflanzen gegenüber Pilzkrankheiten, so dass die Pflanzen widerstandsfähiger werden und die Erträge gesteigert werden.
-
Zudem kann das erfindungsgemäße Pflanzenschutzmittel in den Algen enthaltene Phytohormone, insbesondere Cytokinine, enthalten. Cytokinine weisen einen wachstumsfördernden Effekt auf und werden zur Regeneration von Pflanzen herangezogen. Sie haben darüber hinaus eine alterungshemmende Wirkung, so dass in den Blättern der Chlorophyllabbau später einsetzt, wodurch die Vegetationszeit verlängert wird. Durch den verzögerten Chlorophyllabbau und den damit verbundenen erhöhten Zuckergehalt in den Blättern sind die Pflanzen wesentlich frostresistenter.
-
Als weitere wichtige Phytohormone sind im erfindungsgemäßen Pflanzenschutzmittel Gibberilline enthalten, die eine gute Keimung bewirken und speziell im Erosionsschutz von Bedeutung sind. Die schnelle und umfangreiche Keimung sorgt für eine rasche Bewachsung, so dass der Erosion zusätzlich durch Bildung von Ton-Humus-Komplexen entgegengewirkt wird.
-
Schließlich weist das erfindungsgemäße Pflanzenschutzmittel aufgrund der polyanionischen Alginate einen pH-Pufferungseffekt auf.
-
Für ein optimales Wachstum der Pflanzen ist es insbesondere notwendig, dass der pH-Wert in einem optimalen Bereich liegt. Der optimale pH-Wert hängt von einer Reihe von ökologisch wirksamen Bodeneigenschaften ab, die unterschiedlich auf die Veränderung des pH-Wertes reagieren. Hierzu gehören die toxische Wirkung von Makro- sowie Mikronährstoffen, die Mobilität von toxischen Schwermetallen, das Bodengefüge und der Humusabbau. Die in den Alginaten enthaltenen Alginsäuren weisen eine Vielzahl an sauer reagierenden Carboxylgruppen oder durch Austausch von Protonen basisch wirkende Carboxylatgruppen auf. Dadurch können überschüssige H3O+-Ionen oder OH–-Ionen gebunden und starke Schwankungen des Boden-pH-Wertes aufgefangen werden. Eine Schädigung der Pflanzen durch einen zu stark sauren oder alkalischen Charakter des Bodens wird dadurch vermieden.
-
Es ist vorteilhaft, wenn die mittlere Korngröße der Granulatkörper zwischen 0,5 und 10 mm liegt. Bei dieser Größe wird eine Auflösung des Granulatkorns über einen definierten Zeitraum erreicht. Durch eine Variation des Durchmessers innerhalb dieser Bandbreite kann die Verweilzeit des Granulatkorns im Boden an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden. Zudem können Granulatkörner dieser Größe mit herkömmlichen Granulationsvorrichtungen in wirtschaftlicher Weise einfach hergestellt werden. Im Vergleich zu einer pulverförmigen Form wird bei Granulatkörnern dieser Größenordnung die Wirkstofffreisetzung über einen deutlich längeren Zeitraum erfolgen, so dass sich die gewünschte Langzeitwirkung des Pflanzenschutzmittels ergibt.
-
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Mischung des Pflanzenschutzmittels zusätzlich mineralische und/oder biologische Trägerstoffe enthält.
-
Bei den mineralischen Trägerstoffen kann es sich um poröse weiche Gesteinsarten oder um Schaumglas handeln. Auch weitere Materialarten, die durch eine thermische Aufbereitung aus Quarzsand und gegebenenfalls weiteren Rohstoffen wie Feldspat, Dolomit, Eisenoxid, Mangandioxid und Natriumcarbonat gebildet sind, können verwendet werden. Mit diesen Trägerstoffen wird die Wirkstoffverfügbarkeit optimiert. Diese Trägersubstanzen können beim Einsatz von biologisch wirksamen Organismen Nährstoffe enthalten, die das Überleben dieser Organismen sicherstellen, bis eine ausreichende Nahrungsgrundlage durch einen biologischen Abbau bereitgestellt wird. Als biologische Trägerstoffe eignen sich insbesondere ölhaltige Pflanzenmaterialien, wie Rapsölrückstände oder Samen, Kerne und Früchte von Ölpflanzen. Diese pflanzlichen Materialien setzen bei ihrem Abbau eine Vielzahl von Nährstoffen frei, die sowohl für das Pflanzenwachstum als auch für wirkstoffbildende Mikroorganismen förderlich sind. Neben dem Alginatanteil bilden die Trägersubstanzen einen wesentlichen Faktor zur Ausprägung der Wasserbindefähigkeit des Granulatkörpers sowie des Potenzials bei Kontakt mit Feuchtigkeit eine Gelphase auszubilden. Darüber hinaus lässt sich über diese Stoffe als Grundmatrix die Festigkeit und somit die Zerfallsgeschwindigkeit des Granulatkornes beeinflussen. Weiterhin bieten poröse Materialien ausreichend Raum, um Mikroorganismen, welche als Pflanzenschutzmittel wirkende Stoffe erzeugen, zu beherbergen beziehungsweise dort chemische Pflanzenschutzmittel unterzubringen. Schließlich können die Trägerstoffe auch dazu dienen, während der Durchmischung im Extruder die Voraussetzungen für die Bildung einer plastischen Masse zu schaffen.