Susanne Klose

Alternatives to Methyl bromide in Strawberry Production in the United States of America and the Mediterranean Region

Methyl bromide (MB) is a broad-spectrum soil fumigant, which has been critical in strawberry production for forty years. Strawberry and other high-value cash crops benefit from pre-plant soil fumigation with MB and chloropicrin (Pic). Mixtures of these two fumigants work synergistically in controlling a wide range of plant pathogens and pests, including fungi, nematodes, insects, mites, rodents, weeds, and some bacteria. Methyl bromide was listed in 1993 by the Parties of the Montreal Protocol as an ozone-depleting compound. According to the Montreal Protocol, the import and manufacture of MB in the United States of America (USA) and other developed countries will be banned by 2005, after stepwise reductions in 1999, 2001, and 2003. Currently, there is no single registered alternative fumigant for all of the MB uses and there is a need for environmentally sound and economically feasible alternatives. The fumigants 1,3-dichloropropene (1,3-D) and Pic in combination with methyl isothiocyanate (MITC) generators have shown to be the most promising alternatives to methyl bromide for strawberry production. Studies with the experimental fumigants methyl iodide and propargyl bromide suggested that these compounds have higher reactivity than MB as stand-alone fumigants. This review evaluates the commercially available and experimental alternatives to MB soil fumigation for strawberry production based on relevant scientific publications, proceedings, and personal communications.

Indicative properties of fly-ash affected forest soils in Northeastern Germany

Many forest ecosystems in Germany are strongly influenced by emissions of pollutants like SO2 and alkaline dusts. To quantify and evaluate the consequences of long-term fly ash deposition on forest soils, a study was conducted in pine stands (Pinus sylvestris) in the Dubener Heide in Northeastern Germany. This forest area has been influenced mainly by emissions from coal-fired power plants and the chemical industry of the industrial region Bitterfeld-Wolfen-Zschornewitz since the early 1900. The study sites are located along a fly ash deposition gradient of 8, 16, 14, 18, and 25 km away from the main emission source in Bitterfeld (sites 1, 2, 3, 4, and 5, respectively). Samples of the organic horizons (Oi, Oe, and Oa) and mineral topsoil (0—10 cm) were taken in fall 1998 and analyzed for their ferromagnetic susceptibility and total ash content. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray microanalysis (EDX) were performed on selected samples to differentiate between the pedogenic and atmospheric origin of the mineral components in the organic horizons. As a result of the long-term deposition, ferromagnetic fly ash components are mainly accumulated in the Oe and Oa horizons of the forest soils studied. Ferromagnetic susceptibility was significantly higher (p ≤ 0.05) in the Oe horizon of sites 1 and 2 compared to sites 3, 4, and 5. Unusually high total ash contents for organic horizons of > 74 % were determined in the Oa at all sites. SEM revealed 3 distinct features of persistent fly ash deposits from coal-fired power plants within the organic horizons that can be defined as ”stable glasses” with magnetic properties, aluminum-silicate-minerals, and slag fragments. SEM and EDX indicated that a great portion of the mineral particles found in the organic horizons of forests soils influenced by fly ash are from atmospheric sources. For detection of atmospheric lignite-derived deposition into forest soils, the Oe and Oa horizons have to be considered as specific diagnostic horizons because they show indicative properties for such soils. Indikatoreigenschaften von flugaschebeeinflussten Waldboden in Nordostdeutschland Viele Waldokosysteme in Deutschland sind durch Emissionen von SO2 und alkalischen Stauben stark beeinflusst. Zur Erfassung und Bewertung der Folgen der langfristigen Flugaschedepositionen auf Waldboden wurden Untersuchungen auf Kiefernstandorten (Pinus sylvestris) der Dubener Heide, Nordostdeutschland, durchgefuhrt. Dieses Waldgebiet wurde seit Anfang 1900 hauptsachlich durch Emissionen von Braunkohlekraftwerken und der chemischen Industrie der Industrieregion Bitterfeld-Wolfen-Zschornewitz beeinflusst. Die Untersuchungen erfolgten entlang eines Flugaschedepositionsgradienten in Entfernung von 8, 16, 14, 18 und 25 km vom Hauptemittenten Bitterfeld (Standorte 1, 2, 3, 4 bzw. 5). Im Herbst 1998 wurden Proben der organischen Auflagehorizonte (L, Of und Oh) und des Mineralbodens (0—10 cm) entnommen und auf die ferromagnetische Suszeptibilitat und die Gesamtaschegehalte untersucht. Zur Differenzierung zwischen pedogener und atmospharischer Herkunft der mineralischen Partikel in den untersuchten organischen Auflagen wurden an ausgewahlten Proben rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM) und energiedispersive Rontgenmikroanalysen (EDX) durchgefuhrt. Als Ergebnis jahrzehntelanger Eintrage sind die Flugaschebestandteile hauptsachlich in den Of- und Oh-Horizonten der untersuchten Waldstandorte akkumuliert. Die ferromagnetische Suszeptibilitat war in den Of-Lagen der Standorte 1 und 2 signifikant hoher (P ≤ 0,05) als in jenen der Standorte 3, 4 und 5. Die Oh-Horizonte aller untersuchten Flachen wiesen hohe Gesamtaschegehalte von > 74 % auf. Mittels REM-Analyse konnten 3 typische Erscheinungsformen von persistenten Flugaschebestandteilen aus Braunkohlenkraftwerken innerhalb der organischen Auflagen bestimmt werden, welche als „stabile Glaser“ mit magnetischen Eigenschaften, Aluminium-Silikat-Mineralpartikel und Schlackefragmente definiert wurden. REM- und EDX-Analysen zeigten, dass ein groser Teil der Mineralpartikel, welche in den Humusauflagen von flugaschebeeinflussten Waldstandorten gefunden wurden, atmospharischen Quellen entstammen. Zum Nachweis von atmospharischen Eintragen aus Braunkohlekraftwerken sollten Of und Oh als diagnostische Horizonte berucksichtigt werden, da sie Indikatoreigenschaften fur derartig beeinflusste Standorte aufweisen.

Dose Response of Weed Seeds, Plant-Parasitic Nematodes, and Pathogens to Twelve Rates of Metam Sodium in a California Soil

Metam sodium (sodium N-methyl dithiocarbamate, metam-Na) is widely used in agricultural and floricultural production for controlling soilborne plant pathogens, parasitic nematodes, and weeds. It undergoes rapid decomposition to the biocide methyl isothiocyanate (MITC) in moist soils. In this study, the efficacy of 12 concentrations of metam-Na (10 to 2,650 μmol kg-1 soil) to control seeds or tubers of five major weed species, three soilborne pathogens, and one parasitic nematode was evaluated in a sandy loam soil under controlled conditions. Soils were exposed to the fumigant in microcosms for 24 h at 10 and 20°C. Generation and dissipation curves of MITC in soil under controlled conditions showed that MITC concentrations in soils were highest 2 h after metam-Na application and decreased steadily over the 24-h incubation period. After 24 h, remaining MITC concentrations in soil microcosms at 10 and 20°C were 53 and 38% of the original amount applied, respectively, indicating a 20% reduction in MITC dissipation at the lower soil temperature. Logistic dose-response models were used to estimate the effective concentration necessary to reduce soil pest viability by 50 (LC50) or 90 (LC90) percent under both temperatures. Seed of Portulaca oleracea, with LC90 values of ≤1,242 μmol kg-1 soil, was the most sensitive to soil fumigation with metam-Na, followed by Polygonum arenastrum with LC90 values of ≤1,922 μmol kg-1 soil. At 10°C fumigation temperature, metam-Na at the highest dose tested in this study, 2,650 μmol kg-1 soil, was not sufficient to achieve adequate control of Stellaria media and Malva parviflora seed and Cyperus esculentus tubers. Weed control efficacy (average reduction in LC90 values) of metam-Na was between 25 and 60% higher if soils were fumigated at 20°C compared with 10°C, with the exception of M. parviflora. Phytophthora cactorum and Pythium ultimum were more sensitive to soil fumigation with metam-Na (LC90 ≤ 165 μmol kg-1 soil) than Verticillium dahliae (LC90 ≤ 737 μmol kg-1 soil). The nematode Tylenchulus semipenetrans was highly sensitive to soil fumigation with metam-Na (LC90 ≤ 98 μmol kg-1 soil), and the efficacy of control increased by 30% if soil was fumigated at 20°C compared with 10°C. In this sandy loam soil, metam-Na at a concentration of 850 μmol kg-1 reduced the viability of Portulaca oleracea and Polygonum arenastrum seeds, C. esculentus tubers, and all soilborne pathogens and parasitic nematodes tested by 90% at 20°C after 24 h exposure. These results indicate that metam-Na can provide effective pest and disease control at maximum label rate for the commercial formulation, but there was a reduction in efficacy at low temperature.

Stratigraphic and Spatial Differentiation of Chemical Properties in Long-term Fly Ash Influenced Forest Soils in the Dübener Heide Region, NE Germany

Summary:Long-term effects of fly ash depositions on soil chemical properties and humus morphology were investigated in samples from the Oi (L), Oe (F) and Oa (H) horizons and mineral topsoils (0–10 cm) in pine stands (Pinus sylvestris L.) near the industrial center of Bitterfeld (Dübener Heide, NE Germany). Along a deposition gradient of 5 sites (8, 16, 14, 18 and 25 km in distance from Bitterfeld, sites 1, 2, 3, 4 and 5, respectively), organic horizons and mineral soil samples were taken in fall 1998 and analysed for pH (H2O and CaCl2), electrical conductivity, amounts of water- and NH4Cl-extractable cations, and carbon and nitrogen pools. In order to evaluate the temporal development of fly ash affected forest soils, data of this work were compared with results from studies in 1967 and 1988. About 8 years after the last major deposition events, soil chemical properties and humus morphology of the 5 studied sites showed a distinct differentiation along the deposition gradient. Within the relatively short distance of 17 km (i.e. distance between sites 1 and 5), the pH(H2O) values decreased from 6.3 to 3.9, the portion of basic cations on the sum of NH4Cl-extractable cations decreased from 99 to 31% in the humic horizons, and from 94 to 21% in the mineral topsoil (0–10 cm). In general, the soil acidification potential (i.e. the difference between pH(H2O) and pH(CaCl2) decreased with increasing distance from the emission center. Pools of OC and Nt in the forest floor generally decreased along the investigated gradient, while OC:Nt ratio significantly increased within the diagnostic horizons (i.e. Oe and Oa) from 19 to 24 at sites 1 and 5, respectively. Comparing the concentrations of NH4Cl-extractable basic cations found in 1998 with the results of 1967 and 1988, a loss of basic cations from the forest floor was observed. This trend was particularly evident at the most effected sites (i.e. sites 1 and 2) and during the past decade from 1988 to 1998. Chemical properties and macro-morphology of organic horizons in soils in the Dübener Heide forest area showed a disharmony, implying the need for specific indicative parameters and critical values for chemical properties for forest soils in emission regions.Zusammenfassung:Der Einfluss von langjährigen Flugascheeinträgen auf chemische Parameter und Humusmorphologie wurde in der vorliegenden Studie in den organischen Auflagen (L-Of1, Of2 und Oh) und oberen Mineralböden (0–10 cm) in Kiefernaltbeständen (Pinus sylvestris L.) der Bitterfelder Industrieregion (Dübener Heide, NO-Deutschland) untersucht. Entlang eines Flugaschedepositionsgradienten (8, 16, 14, 18 und 25 km in Hauptwindrichtung von Bitterfeld; entsprechend Standorte 1, 2, 3, 4 und 5) wurden die Proben im Herbst 1998 gewonnen und pH-Werte (H2O und CaCl2), elektrische Leitfähigkeit, Gehalte an wasser- und NH4Cl-extrahierbaren Kationen sowie Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte analytisch erhoben. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser Studie mit Untersuchungen aus den Jahren 1967 und 1988 erlaubt Aussagen zur zeitlichen Entwicklung flugaschebeeinflusster Waldböden. Etwa 8 Jahre nach den letzten größeren Immissionsereignissen wurde eine deutliche Differenzierung der chemischen und makromorphologischen Oberbodencharakteristika der 5 Untersuchungsflächen festgestellt. Innerhalb einer relativ geringen Entfernung von 17 km (Entfernung zwischen den Standorten 1 und 5) nahmen der pH(H2O)-Wert von 6,3 auf 3,9, der Anteil basischer Kationen an der Summe NH4Cl-extrahierbarer Kationen in den organischen Auflagen von 99% auf 31% und im oberen Mineralboden (0–10 cm) von 94% auf 21% ab. Das Versauerungspotential der Oberböden, dargestellt durch die Differenz zwischen pH(H2O) und pH(CaCl2), reduzierte sich mit zunehmender Entfernung vom Emittenten. Die Vorräte an Corg und Nt in den Auflagen nahmen entlang des Gradienten ab, während die Corg:Nt-Verhältnisse der diagnostischen Horizonte (Of2 und Oh) von 19 (Standort 1) auf 24 (Standort 5) anstiegen. Im Vergleich mit den Untersuchungen aus den Jahren 1967 und 1988 ist im gesamten Untersuchungsgebiet ein Verlust an NH4Cl-extrahierbaren basischen Kationen festzustellen. Dieser Verlust wurde besonders auf den emittentennahen Flächen und während der vergangenen 10 Jahre (1988 bis 1998) deutlich. Die Disharmonie zwischen bodenchemischen Eigenschaften und der Morphologie von organischen Auflagen im Waldgebiet der Dübener Heide indiziert die Notwendigkeit zur Erarbeitung von spezifischen Indikatoren und Grenzwerten für chemische Eigenschaften für Waldböden in Immissionsgebieten.

Stratigraphische und räumliche Differenzierung chemischer Eigenschaften in langjährig flugaschebeeinflussten Waldböden in der Dübener Heide, NO-Deutschland

Summary:Long-term effects of fly ash depositions on soil chemical properties and humus morphology were investigated in samples from the Oi (L), Oe (F) and Oa (H) horizons and mineral topsoils (0–10 cm) in pine stands (Pinus sylvestris L.) near the industrial center of Bitterfeld (Dübener Heide, NE Germany). Along a deposition gradient of 5 sites (8, 16, 14, 18 and 25 km in distance from Bitterfeld, sites 1, 2, 3, 4 and 5, respectively), organic horizons and mineral soil samples were taken in fall 1998 and analysed for pH (H2O and CaCl2), electrical conductivity, amounts of water- and NH4Cl-extractable cations, and carbon and nitrogen pools. In order to evaluate the temporal development of fly ash affected forest soils, data of this work were compared with results from studies in 1967 and 1988. About 8 years after the last major deposition events, soil chemical properties and humus morphology of the 5 studied sites showed a distinct differentiation along the deposition gradient. Within the relatively short distance of 17 km (i.e. distance between sites 1 and 5), the pH(H2O) values decreased from 6.3 to 3.9, the portion of basic cations on the sum of NH4Cl-extractable cations decreased from 99 to 31% in the humic horizons, and from 94 to 21% in the mineral topsoil (0–10 cm). In general, the soil acidification potential (i.e. the difference between pH(H2O) and pH(CaCl2) decreased with increasing distance from the emission center. Pools of OC and Nt in the forest floor generally decreased along the investigated gradient, while OC:Nt ratio significantly increased within the diagnostic horizons (i.e. Oe and Oa) from 19 to 24 at sites 1 and 5, respectively. Comparing the concentrations of NH4Cl-extractable basic cations found in 1998 with the results of 1967 and 1988, a loss of basic cations from the forest floor was observed. This trend was particularly evident at the most effected sites (i.e. sites 1 and 2) and during the past decade from 1988 to 1998. Chemical properties and macro-morphology of organic horizons in soils in the Dübener Heide forest area showed a disharmony, implying the need for specific indicative parameters and critical values for chemical properties for forest soils in emission regions.Zusammenfassung:Der Einfluss von langjährigen Flugascheeinträgen auf chemische Parameter und Humusmorphologie wurde in der vorliegenden Studie in den organischen Auflagen (L-Of1, Of2 und Oh) und oberen Mineralböden (0–10 cm) in Kiefernaltbeständen (Pinus sylvestris L.) der Bitterfelder Industrieregion (Dübener Heide, NO-Deutschland) untersucht. Entlang eines Flugaschedepositionsgradienten (8, 16, 14, 18 und 25 km in Hauptwindrichtung von Bitterfeld; entsprechend Standorte 1, 2, 3, 4 und 5) wurden die Proben im Herbst 1998 gewonnen und pH-Werte (H2O und CaCl2), elektrische Leitfähigkeit, Gehalte an wasser- und NH4Cl-extrahierbaren Kationen sowie Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte analytisch erhoben. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser Studie mit Untersuchungen aus den Jahren 1967 und 1988 erlaubt Aussagen zur zeitlichen Entwicklung flugaschebeeinflusster Waldböden. Etwa 8 Jahre nach den letzten größeren Immissionsereignissen wurde eine deutliche Differenzierung der chemischen und makromorphologischen Oberbodencharakteristika der 5 Untersuchungsflächen festgestellt. Innerhalb einer relativ geringen Entfernung von 17 km (Entfernung zwischen den Standorten 1 und 5) nahmen der pH(H2O)-Wert von 6,3 auf 3,9, der Anteil basischer Kationen an der Summe NH4Cl-extrahierbarer Kationen in den organischen Auflagen von 99% auf 31% und im oberen Mineralboden (0–10 cm) von 94% auf 21% ab. Das Versauerungspotential der Oberböden, dargestellt durch die Differenz zwischen pH(H2O) und pH(CaCl2), reduzierte sich mit zunehmender Entfernung vom Emittenten. Die Vorräte an Corg und Nt in den Auflagen nahmen entlang des Gradienten ab, während die Corg:Nt-Verhältnisse der diagnostischen Horizonte (Of2 und Oh) von 19 (Standort 1) auf 24 (Standort 5) anstiegen. Im Vergleich mit den Untersuchungen aus den Jahren 1967 und 1988 ist im gesamten Untersuchungsgebiet ein Verlust an NH4Cl-extrahierbaren basischen Kationen festzustellen. Dieser Verlust wurde besonders auf den emittentennahen Flächen und während der vergangenen 10 Jahre (1988 bis 1998) deutlich. Die Disharmonie zwischen bodenchemischen Eigenschaften und der Morphologie von organischen Auflagen im Waldgebiet der Dübener Heide indiziert die Notwendigkeit zur Erarbeitung von spezifischen Indikatoren und Grenzwerten für chemische Eigenschaften für Waldböden in Immissionsgebieten.