Bewertung der relativen Auswirkungen und wirtschaftlichen Kosten japanischer Staudenknöterich-Bekämpfungsmethoden

Jul 15, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 3872 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Nachhaltiges Landmanagement umfasst eine Reihe von Aktivitäten, die die Anforderungen an die Landnutzung mit umfassenderen Überlegungen zum Naturschutz und den Auswirkungen auf das Ökosystem in Einklang bringen. Mehrjährige invasive gebietsfremde Pflanzen (IAPs) wie der Japanische Staudenknöterich verursachen schwerwiegende ökologische und sozioökonomische Auswirkungen, und Methoden zur Kontrolle ihrer Ausbreitung sind ebenfalls mit Kosten verbunden. Synthetische Herbizide gelten allgemein als weniger nachhaltig und umweltschädlicher als alternative Ansätze. Hier verwendeten wir eine vergleichende Ökobilanz, um die Nachhaltigkeit herbizidbasierter Managementansätze und physischer Alternativen zu bewerten, wobei wir eine groß angelegte Feldstudie zum japanischen Staudenknöterich als Modell-IAP-System verwendeten. Glyphosatbasierte Methoden verursachten bei der Produktion die geringsten Umweltauswirkungen und wirtschaftlichen Kosten. Geomembranabdeckungen und integrierte physikalisch-chemische Methoden waren die kostspieligsten und mit den größten Auswirkungen verbunden. Wir diskutieren die Kosten und Vorteile chemischer und physikalischer Ansätze für die nachhaltige Bewirtschaftung eingedrungenen Landes und fragen, wie nachhaltige Umweltverantwortung für die Kontrolle von IAPs definiert wird.

Da weltweit der Fokus auf ökologische Nachhaltigkeit zunimmt, werden Herbizide aufgrund ihrer ökologischen, ökologischen und sozialen Auswirkungen unter die Lupe genommen1,2. Der Einsatz von Herbiziden spielt eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung invasiver gebietsfremder Pflanzen (IAPs)3, die ihrerseits negative Auswirkungen haben4,5,6. Angesichts der steigenden Nachfrage nach nachhaltigen Lösungen wird jedoch postuliert, dass alternative Managementmethoden weniger Schäden verursachen7. Die Wirksamkeit von Biokontrollmitteln wurde untersucht8,9, die Verwendung von Wurzelexsudaten und anderen natürlichen Alternativen2 sowie physikalische Bewirtschaftungsmethoden wie Mähen10, Aushub11, Abdecken (Übersicht von Dusz et al.12) und elektrische Behandlung13 gewinnen ebenfalls zunehmend an Interesse, um dies sicherzustellen Ausrichtung an nachhaltigen Managementzielen.

Trotz zunehmender Konzentration auf neuartige Managementlösungen gibt es nur begrenzte Belege für die relativen Auswirkungen dieser verschiedenen Ansätze. Darüber hinaus konzentrieren sich Folgenabschätzungen häufig auf die Auswirkungen nach der Anwendung; Dies stellt nur eine Phase im Lebenszyklus von IAP-Managementmethoden dar. Rohstoffgewinnung, Produktion, Formulierung, Verpackung, Lagerung, Transport und Verwendung sind wesentliche Prozesse jedes Ansatzes zur IAP-Kontrolle. Wenn diese Phasen bei der Bewertung außer Acht gelassen werden, kann die Priorisierung der IAP-Behandlungsoptionen zu einer Verzerrung zugunsten derjenigen führen, die in der Nutzungs- und Nachnutzungsphase geringe Auswirkungen aufweisen, unabhängig von ihrem Gesamtumweltrisiko. Unabhängig von der Motivation, den Einsatz von Herbiziden einzuschränken, sind chemische Methoden für einige invasive Pflanzen besonders wichtig3. Der Japanische Staudenknöterich (Reynoutria japonica var. japonica) ist ein bekanntes Beispiel für die Schwierigkeiten, die mit der Bewirtschaftung mehrjähriger IAP verbunden sind. Komplikationen beim Umgang mit Staudenknöterich ergeben sich aus seiner Plastizität in Bezug auf Umwelttoleranz14,15, Widerstandsfähigkeit gegenüber physischen Störungen16,17, vegetativen Ausbreitungsfähigkeiten18 und umfangreicher Energiespeicherung in Rhizomen19. Dieser IAP wirkt sich negativ auf einheimische Ökosysteme aus, verringert die Artenvielfalt und verändert die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen20,21. Die wahrgenommene Gefahr von Sachschäden durch Staudenknöterichbefall hat sich auch auf die Hypothekarkreditvergabe und die Immobilienbewertung ausgewirkt22. Nachhaltiges Wirtschaften ist daher zwingend erforderlich.

Für den japanischen Staudenknöterich wurden zahlreiche Behandlungsmethoden vorgeschlagen8,11,23 mit unterschiedlichem Erfolg. Physikalische Methoden (einschließlich Abdecken, Schneiden, Brennen, Graben und Einkapseln) sind von besonderem Interesse, da sie für Entwicklungsstandorte als effizienter gelten. Diese Methoden sind jedoch arbeitsintensiv, teuer und einige (insbesondere das Schneiden) können die Ausbreitung des Staudenknöterichs verschlimmern24. Die biologische Kontrolle wurde ebenfalls ausführlich als umweltfreundliche Option erforscht, wenn auch bisher mit begrenzten Erfolgsnachweisen25. Chemische Ansätze unter Einsatz von Glyphosat gelten als die erfolgreichsten zur Bekämpfung von Staudenknöterich23,24. Dennoch gibt es eine negative gesellschaftliche Wahrnehmung von Herbiziden aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf die biologische Vielfalt und die menschliche Gesundheit. Dies erhöht das Risiko einer Deregulierung und gefährdet ein wirksames Staudenknöterichmanagement26 und eine umfassendere IAP-Kontrolle; insbesondere angesichts der Tatsache, dass die biologische Invasionsrate noch nicht die Sättigung erreicht hat27.

Es besteht ein Kompromiss zwischen der Wirksamkeit der Kontrolle und den Auswirkungen des Managements28; Beide Aspekte unserer umfassenderen Verantwortung, negative anthropogene Auswirkungen auf die Umwelt zu mildern. Um die Konsequenzen zu verstehen, ist eine langfristige Datenerfassung in relevantem Maßstab erforderlich, eine entscheidende Lücke in der Invasionswissenschaft29. Um eine Verlagerung der Belastungen zu vermeiden, müssen die Managementoptionen auf der Wirksamkeit der Kontrolle und den Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit basieren28,30. Auswirkungen über die Lebenszyklen von Behandlungsmethoden hinweg sollten berücksichtigt werden, um die tatsächliche Nachhaltigkeit des IAP-Managements zu bestimmen und Prioritäten zu identifizieren, die mit nationalen und globalen Verpflichtungen zur Nachhaltigkeit und zum Management natürlicher Ressourcen übereinstimmen31.

Auch die wirtschaftlichen Kosten spielen bei der Auswahl der IAP-Managementstrategien eine Rolle. Die weltweiten jährlichen Kosten für die Bewirtschaftung invasiver Arten werden auf 26,8 Milliarden US-Dollar geschätzt32. Der japanische Staudenknöterich kostet im Vereinigten Königreich schätzungsweise 165.609.000 £ pro Jahr4. Aktuelle Kostenschätzungen beziehen sich vor allem auf die Staudenknöterichbewirtschaftung an Entwicklungsstandorten, Straßen- und Schienennetzen, in privaten Grundstücken oder Gärten sowie in naturnahen Lebensräumen. Zu den indirekten Kosten im Zusammenhang mit Staudenknöterich zählen Rechtsberatung und -maßnahmen sowie die Wertminderung von Immobilien. Somit wirken sich die wirtschaftlichen Kosten des Staudenknöterichs auf eine Vielzahl von Sektoren sowie auf die breite Öffentlichkeit und lokale Behörden aus. Der Vergleich der Kosten von Managementmethoden kann Aufschluss über die Durchführbarkeit und Priorisierung von Methoden geben, um eine effektive Ressourcennutzung sicherzustellen, was insbesondere bei der Verwaltung in großem Maßstab relevant ist.

Die öffentliche Wahrnehmung wird für die Berichterstattung und Umsetzung eines nachhaltigen Managements invasiver Arten immer wichtiger33. Wertesysteme, Voreingenommenheit, Auswirkungen invasiver Arten und wirtschaftliche Interessen sind Schlüsselfaktoren, die die Wahrnehmung und damit die Unterstützung von Managementansätzen beeinflussen34,35. Jüngste Untersuchungen zeigen Ungleichheiten zwischen den Ansichten von Naturexperten, Nutzern und der breiten Öffentlichkeit, wenn es um die Akzeptanz invasiver Artenmanagementmethoden36 geht, und unterstreichen die Bedeutung der Einbindung von Interessengruppen in die Nachhaltigkeitsberichterstattung und einer fundierten wissenschaftlichen Bewertung von Managementansätzen. Durch die Berücksichtigung der Auswirkungen und Kosten von Produkten, die im IAP-Management über den gesamten Lebenszyklus hinweg eingesetzt werden, kann die Nachhaltigkeit von IAP-Managementmethoden besser informiert werden, was eine sinnvolle Ausrichtung auf Nachhaltigkeitsziele fördert. Um die umfassendere Nachhaltigkeit von IAP-Managementmethoden zu bestimmen, führte diese Studie eine vergleichende Lebenszyklusbewertung (LCA) von Behandlungsmethoden für den japanischen Staudenknöterich durch, wobei ein langfristiger, groß angelegter Feldversuch (Jones et al.23) als Fallstudie diente. Während die für die invasive Pflanzenbewirtschaftung verwendeten Produkte während ihrer Formulierung wahrscheinlich einer Ökobilanz unterzogen wurden, sind diese Informationen der Öffentlichkeit nicht zugänglich und es gibt kaum einen Vergleich solcher Produkte im Kontext langfristiger, feldrelevanter Modellsysteme, die realistische Umweltbedingungen darstellen Szenarien. Diese Studie zielt daher darauf ab, zu dieser Wissenslücke beizutragen, indem sie die Umweltauswirkungen von Strategien zur Bekämpfung des japanischen Staudenknöterichs mithilfe der LCA bewertet und die relativen wirtschaftlichen Kosten bewertet, um eine sinnvolle Ausrichtung auf Nachhaltigkeitsziele bei der Unkrautbekämpfung sicherzustellen.

Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von sieben Methoden zur Bekämpfung des japanischen Staudenknöterichs während der Produktionsphase zu bewerten und zu vergleichen. Die in dieser Studie verwendeten Managementmethoden basieren auf einer Langzeitstudie zum japanischen Staudenknöterich-Management von Jones et al.23 und umfassen eine chemische Behandlung mit unterschiedlichen Zeitpunkten und Anwendungsraten von Glyphosat, Picloram und 2,4-D, einschließlich der Integration physiochemischer Methoden Graben und Geomembran-Abdeckung. Ausführliche Informationen finden Sie in Tabelle 1. Die Umweltauswirkungen wurden mithilfe der in der ReCiPe-Auswirkungsbewertungsmethode bereitgestellten Wirkungsindikatoren auf Mittel- (18 Kategorien) und Endpunktebene (3 Kategorien)37 modelliert und bewertet (Ergänzungstabelle S1). Diese Indikatoren wurden verwendet, um ein umfassendes Bild der relativen Auswirkungen jeder Behandlung zu liefern. Die wirtschaftlichen Kosten für die Umsetzung der einzelnen Methoden wurden außerdem behandlungsübergreifend verglichen, um gemeinsam eine Grundlage für die Bewertung der Auswirkungen und der Praktikabilität dieser Methoden für die Bekämpfung von Staudenknöterich in großem Maßstab zu schaffen.

Diese Studie nutzte einen groß angelegten Feldversuch zur Bekämpfung des japanischen Staudenknöterichs in Südwales, Großbritannien, als Modellsystem23. Während das Ziel von Jones et al.23 darin bestand, die Wirksamkeit der Behandlung gegen Staudenknöterich zu beurteilen, wurden Daten zu den verwendeten Materialien und Produkten sowie zum Zeitaufwand pro Behandlung aufbewahrt. Dadurch werden Daten zur Bewertung der Auswirkungen von Knöterich-Managementmethoden auf feldrelevanter Ebene bereitgestellt. Alle in Jones et al.23 angewandten Behandlungen wurden gemäß den Richtlinien des Herstellers durchgeführt und gelten daher als repräsentativ für Behandlungsmethoden, die in Europa und Nordamerika weit verbreitet für die invasive Pflanzenbewirtschaftung eingesetzt werden. Die Behandlungen wurden anhand von 225 m2 großen Feldparzellen bewertet, wobei jede Behandlung dreifach wiederholt wurde, sodass die meisten Behandlungen auf einer Gesamtfläche von 675 m2 bewertet werden konnten, mit Ausnahme der Abdeckbehandlung, die aus einer einzigen Parzelle (225 m2) bestand. Da dieses Modellsystem Behandlungsmethoden über mehrere Jahre hinweg bewertete, standen Daten zur Bewertung der langfristigen Auswirkungen jedes Managementansatzes zur Verfügung. Das Ziehen, Verbrennen und Graben von japanischem Staudenknöterich wurde in dieser Studie nicht untersucht, da diese Vorgehensweisen als zu kostspielig und arbeitsintensiv erachtet wurden und auch das Risiko einer Ausbreitung des Staudenknöterichs erhöhen könnten23.

Die für die LCA ausgewählten Behandlungsgruppen waren eine Untergruppe der von Jones et al.23 getesteten Behandlungen und wurden als repräsentativ für chemische, physiochemische und physikalische Behandlungsmethoden auf der Grundlage der Wirksamkeit und aktueller Branchenempfehlungen ausgewählt (Tabelle 1).

Die jährlichen Herbizidanwendungsdaten wurden in den Gesamtherbizidverbrauch pro Hektar (ha), gemessen als (L ha−1), und das Wirkstoffsäureäquivalent (AE) pro Hektar (kg AE ha−1) umgerechnet (Ergänzungstabelle S2). Die Bestandteile jeder Behandlung, die genehmigten Anwendungsmengen und die tatsächlichen Anwendungsmengen, die von Jones et al. verwendet werden. sind in der Ergänzungstabelle S2 zusammengefasst.

Der Herbizideinsatz für die Behandlung P2.69, F+SL, S + G3.60, F, A (Frühlings-Blatt- und Bodenspray Picloram (Tordon 22 k®) und Herbst-Glyphosat (Glyfos ProActive®) Blattspray) konnte nicht gemessen werden ab 2015, da die Verwendung von Picloram (dem Wirkstoff in Tordon 22 K®) in der EU eingeschränkt wurde. Daher wurde die tatsächliche Menge des verwendeten Herbizids sowie die prognostizierten Werte des insgesamt verwendeten Herbizids bewertet, wenn die Verwendung von Picloram nicht eingeschränkt worden wäre. Da die Aufwandmenge für Tordon 22 K® jedes Jahr ungefähr konstant geblieben wäre, wurden die prognostizierten Werte durch Multiplikation der im Jahr 2 verwendeten Herbizidmenge mit 3 ermittelt; Die Gesamtanwendungsrate umfasste daher die aufgezeichneten Anwendungsraten für die Jahre 1 und 2 und die prognostizierten Anwendungsraten für die Jahre 3 bis 5. Dieser Ansatz wurde auch auf die Behandlung D + P2,69, F+Sl, S + G3,60,F, A ( Picloram- und Glyphosatanwendung).

Wie in Jones et al.23 beschrieben, wurden Herbizide mit Farbstoff und Adjuvans (Topfilm; 1,2 l ha−1) mithilfe einer Rückenspritze ausgebracht, die mit einer 0,75–1,5 m langen Teleskoplanze und einer Flachstrahldüse ausgestattet war. Vor der ersten Bodenanwendung von Picloram (P2.69, F+SL, S + G3.60, F, A) wurde der oberirdische Stängel- und Blattabfall des japanischen Staudenknöterichs entfernt, um eine gleichmäßige Bodenbedeckung zu ermöglichen und den Herbizidtransport zu den aufstrebenden Trieben zu ermöglichen Rhizome. Für die Stängelinjektionsanwendung (G65.00, ST, A) wurden im Herbst während der Erstbehandlung einzelne Stängel mit unverdünntem Glyphosat injiziert (3–5 ml Injektionsvolumen; entspricht 65,00 kg AE ha−1). Für die Stamminjektion war kein Adjuvans enthalten. In den Folgejahren erfolgte im Herbst eine Blattsprühapplikation mit Glyphosat (3,60 kg AE ha−1).

Für den Schnitt und die Blattbesprühung mit Glyphosat im Herbst (DS + G3.60, F, A) wurde der Japanische Staudenknöterich im Sommer mit einer Freischneider Stihl FS-450 Professional 2,1 kW geschnitten. Die Blattsprühanwendung von Glyphosat (3,60 kg AE ha-1) wurde im Herbst durchgeführt und in den Folgejahren wiederholt. Der Aushub (DS + G3,60, F, A und D + P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A) wurde im Frühjahr mit einem JCB 3CX-Baggerlader bis zu einer Tiefe von 2,5 m durchgeführt Rhizommaterial wird vom Bediener sortiert und an der Bodenoberfläche konzentriert. Darauf folgte im Frühjahr die Bodensprühanwendung von Picloram (Tordon; 2,69 kg AE ha−1) für P2,69, F+SL, S + G3,60,F, A. Beide Behandlungen DS + G3,60, F, A und D + P2,69, F+Sl, S + G3,60,F, A erhielt im Herbst eine Blattsprühanwendung mit Glyphosat (3,60 kg AE ha−1). Ausgrabungen wurden nur im ersten Jahr der Behandlung durchgeführt, obwohl die Anwendung von Herbiziden im Boden und auf den Blättern in den Folgejahren fortgesetzt wurde.

Covering (MemCov) war die einzige von Jones et al.23 getestete physische Managementmethode. Knöterichstreu wurde abgeflacht und an Ort und Stelle belassen, bevor neues Wachstum entstand. Eine Geomembran aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) (Visqueen® 300 µm 1200 Gauge) wurde im zeitigen Frühjahr über den Behandlungsbereich gelegt und für die Dauer des Experiments in Position gehalten. Der Knöterichwuchs unter der Membran wurde abgeflacht und sichtbare Austrittsstellen rund um die Abdeckung wurden mit der Hand herausgezogen und unter der Membran belassen.

Diese Ökobilanz deckt die Produktionsphase von sieben Methoden zur Behandlung des japanischen Staudenknöterichs ab (Tabelle 1; Abb. 1). Die Systemgrenze umfasst die Wirkstoffherstellung mit Material- und Energieeinsatz, die Produktion inerter Inhaltsstoffe sowie das Mischen, Vermischen und Verdünnen von Herbizidwirkstoffen mit inerten Inhaltsstoffen zur Herstellung von Herbizidprodukten. Auch die Produktion und der Transport von Co-Formulierungen (z. B. Talgamin) sowie die Verpackung von Herbiziden fallen in die Systemgrenzen. Geräte zum Ausbringen von Herbiziden (z. B. Rückenspritzen) wurden in dieser Studie nicht berücksichtigt, da sie bei allen chemischen Behandlungsmethoden üblich sind und nicht davon ausgegangen wurde, dass sie direkt zu den Auswirkungen bei der Staudenknöterich-Bekämpfung beitragen, da sie wiederverwendbar sind. Auch Spritzzusätze (z. B. Topfilm®) wurden in dieser Ökobilanz nicht berücksichtigt, da zu deren Herstellung keine ausreichenden Daten vorliegen.

Allgemeine Systemgrenzen für diese vergleichende Ökobilanz. Die Zusammensetzung jeder Behandlung ist in Tabelle 2 aufgeführt.

Die funktionelle Einheit dieser Studie ist die Anwendung von 1 ha japanischer Staudenknöterich-Bekämpfungsbehandlungen über einen Zeitraum von 5 Jahren. Diese Funktionseinheit wurde ausgewählt, da sie fundiertes Wissen über die praktische Behandlung des oberirdischen Staudenknöterichwachstums auf einer feldrelevanten räumlichen Skala widerspiegelt23.

Die Materialeinträge für jede Behandlungsmethode (umgerechnet in kg ha-1) wurden aus Langzeitaufzeichnungen berechnet, die im Rahmen laufender Feldversuche zur Bekämpfung des japanischen Staudenknöterichs geführt wurden (Tabelle 2). Talgaminethoxylat ist ein Beistoff, der häufig in Formulierungen auf Glyphosatbasis verwendet wird und in Glyfos ProActive® zu 9 % w/w enthalten ist. Das Verhältnis von Glyphosat zu Talgamin wurde anhand der Produktetiketten der von Jones et al.23 verwendeten Herbizide mit 4,58:1 berechnet. Dies wurde verwendet, um die Menge an Talgamin zu berechnen, die pro Behandlungsgruppe verwendet wurde (Gleichung (1)).

Der Benzin- und Dieseleintrag stand im Zusammenhang mit dem Einsatz von Maschinen zum Graben und Schneiden der Vegetation bei physiochemischen Behandlungen (Tabelle 2).

Daten aus den Life Cycle Inventory (LCI)-Datenbanken Agri-Footprint (Blonk Sustainability, Niederlande) und EcoInvent 3 (Ecoinvent, Schweiz) wurden für vorgelagerte Produktionsprozesse verwendet (Ergänzungstabelle S3). Mithilfe dieser Datenbanken können Umweltauswirkungen auf der Grundlage robuster, quantitativer Daten modelliert werden. Die Kompatibilität und konsistente methodische Ansätze aller Datenbanken wurden vor der Verwendung überprüft, um die Validität der erzielten Ergebnisse sicherzustellen. Spezifische Materialien und Prozesse, die in SimaPro verwendet werden, sind in der Ergänzungstabelle S3 aufgeführt.

Die Auswirkungen jeder Behandlungsmethode wurden mithilfe der ReCiPe 2016 Midpoint and Endpoint LCIA-Methode37 in SimaPro 9.0.0.48 PhD (Pré Sustainability, Niederlande) verglichen. Die hierarchische (H) Wirkungsbewertungsmethode wurde sowohl auf der mittleren (problemorientiert, 18 Wirkungskategorien) als auch auf der Endpunktbewertungsebene (schadensorientiert, 3 Wirkungskategorien) verwendet. Der hierarchische Ansatz basiert auf einem wissenschaftlichen Konsens über angemessene Zeitpläne und die Plausibilität der Wirkungsmechanismen37; Der Zeitrahmen für die Bewertung der Auswirkungen mit diesem Ansatz beträgt 100 Jahre. Es wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um festzustellen, ob die Wirkungsbewertungsmethode die Ergebnisse beeinflusst. Die Werte der für die acht Knöterich-Managementansätze berechneten Werte in drei gängigen Wirkungskategorien, die von ReCiPe 2016, ILCD 2011 midpoint + V1.10 und EF 3 berechnet wurden, erwiesen sich als nicht normalverteilt und wurden mithilfe eines einseitigen Kruskal-Wallis-Verfahrens verglichen Test, um signifikante Unterschiede festzustellen. Statistiken und grafische Darstellung wurden in R 3.4.338 mit dem Paket ggplot239 durchgeführt.

Die wirtschaftliche Bewertung konzentriert sich auf die Kosten für die Durchführung von Japanknöterich-Behandlungen. Die Kosten wurden unter der Funktionseinheit der Ökobilanz bewertet (dh sie werden als £ ha−1 5 Jahre bewertet), obwohl die Produktionskosten aufgrund der Anzahl der bei der Herbizidproduktion verwendeten Materialien nicht berechnet wurden. Die wirtschaftliche Bewertung umfasste Materialkosten, Zeitaufwand pro Behandlung, Treibstoffkosten für die Durchführung von Behandlungen und Arbeitskosten. Inflation und höhere Treibstoffkosten (z. B. Fahrtkosten) wurden ausgeschlossen, da diese Kosten üblicherweise alle Behandlungen betreffen und daher voraussichtlich keinen Einfluss auf die Interpretation der relativen Kosten verschiedener Behandlungsmethoden haben.

Die wirtschaftliche Bewertung der Behandlungsmethoden umfasste die von Agrigem Ltd erhobenen Preise für verpackte Produkte (GBP£) (Ergänzungstabelle S4). Der Preis von Monsanto Amenity Glyphosate wurde anstelle von Glyfos Proactive® verwendet, da dieses Produkt 2018 aus dem Vereinigten Königreich genommen wurde. Der Durchschnittspreis von Icade® und Synero® wurde als Ersatz für Tordon 22 K verwendet, das 2015 dereguliert wurde Diese Produkte ähneln am ehesten Tordon 22 K. Der Preis der Visqueen HDPE-Geomembran wurde auf der Visqueen-Website ermittelt. Die Kraftstoffkosten werden hier nicht berücksichtigt, da sie in den Betriebskosten der Maschine enthalten sind. Daten zum Zeitverbrauch (Stunden) pro Behandlung wurden aus Feldaufzeichnungen zusammengestellt und in Zeit (Stunden) ha−1 pro Jahr umgerechnet (Tabelle 3).

Auch die Zeit, die für die physikalischen Komponenten der Japanknöterich-Behandlung aufgewendet wurde, wurde erfasst und zusammengestellt (Tabelle 4).

Zeitverbrauchsdaten wurden verwendet, um die Arbeitskosten auf der Grundlage repräsentativer Gehälter für Unkrautbekämpfungskräfte zu berechnen, bestätigt durch den auf Unkrautbekämpfung spezialisierten Auftragnehmer Complete Weed Control Ltd. Für Aushubarbeiten werden die Kosten für Maschinenmiete und Arbeitskräfte kombiniert und basieren auf einem 10-Stunden-Arbeitstag (Informationen erhalten von Marlay Project Management Ltd; Ergänzungstabelle S5).

Materialkosten, Zeitaufwand pro Behandlung und Arbeitskosten wurden pro Hektar und Behandlung berechnet, um sie an die funktionelle Einheit anzupassen. Obwohl sich diese Studie über 5 Jahre erstreckt (pro Funktionseinheit), sind Inflationskosten und Kostenschwankungen nicht berücksichtigt.

Die durch LCA berechneten wirtschaftlichen Kosten der Endpunkt-Umweltauswirkungen können mithilfe von Umrechnungsfaktoren monetarisiert werden. Da Umweltauswirkungen naturgemäß wirtschaftliche Kosten verursachen, wurden die Gesamtkosten pro Behandlung berechnet, um die wirtschaftlichen Auswirkungen der Behandlungsmethoden für den japanischen Staudenknöterich besser zu verstehen. Dies könnte dazu beitragen, Kosten zu ermitteln, die bei der Entwicklung von Pflanzenschutzmitteln und -ansätzen gemindert werden können. Es gibt drei Endpunkt-Auswirkungskategorien: menschliche Gesundheit (behinderungsbereinigte Lebensjahre, DALYs), Ökosysteme (verlorenes Artenjahr) und Ressourcennutzung (US-Dollar). Die in dieser Studie verwendeten Umrechnungsfaktoren folgen Ögmundarson et al.40, wobei der Umrechnungsfaktor für die menschliche Gesundheit 100.000 USD/DALY und 65.000 USD/Art.Jahr für Auswirkungen auf Ökosysteme beträgt.

Die Kosten der Umweltauswirkungen werden anhand der folgenden Gleichung berechnet: (2)41:

Dabei ist \({ED}_{i}\) das Ergebnis der Umweltverträglichkeitsprüfung und \({m}_{i}\) der Umrechnungsfaktor für die i-te Schadenskategorie des LCIA41. Nach der Umrechnung von Auswirkungen in Kosten (USD) wurde diese aus Konsistenzgründen in GBP umgerechnet. Die Gesamtkosten pro Behandlung wurden dann mit Gl. berechnet. (3)41:

Dabei sind \({F}_{c}\) die Gesamtkosten pro Behandlung, \({C}_{LCA}\) die Kosten der Umweltauswirkungen und \({C}_{e}\) die wirtschaftliche Kosten für die Durchführung jeder Behandlung.

Behandlungen mit physikalischen Methoden (D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A, D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A(projiziert) und MemCov) zeigten die höchsten Auswirkungen in 11 von 18 Wirkungskategorien im Vergleich zu chemischen Methoden (nämlich Stamminjektion, G65.00, St, A), die in sechs Kategorien den höchsten Beitrag leisteten (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2). Die Geomembranabdeckung aus japanischem Staudenknöterich (MemCov) aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) zeigte den größten Beitrag zu sechs von 18 Wirkungskategorien (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2). Stamminjektion und Geomembranabdeckung zeigten den höchsten Beitrag zur marinen Ökotoxizität, was darauf hindeutet, dass die Menge des bei jeder Behandlung verwendeten Produkts ein wichtiger Faktor ist, der die Auswirkungen auf die Produktion beeinflusst.

Relativer Beitrag (%) der Methoden zur Behandlung des japanischen Staudenknöterichs zu mittleren Wirkungskategorien unter Verwendung der ReCiPe-Bewertungsmethode. Eine Beschreibung der Behandlungen finden Sie in Tabelle 1.

Die Stamminjektion (G65.00, St, A) trug am meisten zur Süßwasserökotoxizität, Süßwassereutrophierung, Landnutzung, Meereseutrophierung, Mineralressourcenknappheit und Wasserverbrauch bei (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2). Geomembranabdeckungen (MemCov) zeigten die größten Auswirkungen auf die krebserzeugende und nicht krebserzeugende Toxizität des Menschen, die Ozonbildung, die die menschliche Gesundheit und terrestrische Ökosysteme beeinträchtigt, sowie die terrestrische Ökotoxizität (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2).

Der mit Sprühen integrierte Aushub (D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A und D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A(projiziert)) trug dazu bei Feinstaubemissionen, Verknappung fossiler Ressourcen, globale Erwärmung, ionisierende Strahlung, Ozonabbau in der Stratosphäre und terrestrische Versauerung sind am größten (Ergänzungstabelle S6; Abb. 2). Das Graben und Wenden von Staudenknöterich in Kombination mit Glyphosatspray (DS + G3.60, F, A) leistete häufig den zweitgrößten Beitrag zu diesen Kategorien.

Keine Behandlung, die allein die Anwendung von Blattherbiziden beinhaltete, leistete in irgendeiner Kategorie den größten Beitrag (Ergänzungstabelle S6; Abb. 2). Glyphosat-Blattspray (G3.60, F, A und G2.16, F, S+A) hatte in 10 Wirkungskategorien die geringsten Auswirkungen (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2). Die Auswirkungen der halbjährlichen Glyphosat-Blattbesprühung (G2.16, F, S+A) waren 1,1-mal größer als die der einmaligen jährlichen Glyphosat-Anwendung (G3.60, F, A) (Ergänzungstabelle S6).

Die integrierte Anwendung von Picloram und Glyphosat (P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A und P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A(projiziert)) zeigte durchweg höhere Auswirkungen als Glyphosat-Anwendung allein (G3.60, F, A und G2.16, F, S+A) (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2). Die integrierte 2,4-D- und Glyphosat-Blattanwendung (D2.80 + G2.16; F, S+A) zeigte größere Auswirkungen auf die globale Erwärmung, ionisierende Strahlung und die terrestrische Versauerung als die Glyphosat- und Picloram-Anwendung (P2.69, F+). Sl, S + G3,60, F, A und P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A(projiziert)) und Glyphosat-Anwendung allein. Dies deutet darauf hin, dass die 2,4-D-Produktion größere Auswirkungen auf diese Kategorien hat als andere Herbizide. Allerdings D2,80 + G2,16; F, S+A hatten die geringsten Auswirkungen auf die Ökotoxizität und Eutrophierung von Süßwasser, die krebserzeugende und nicht krebserzeugende Toxizität für den Menschen, die Meeresökotoxizität, die Knappheit mineralischer Ressourcen, die Ökotoxizität an Land und den Wasserverbrauch (Ergänzungstabelle S6, Abb. 2).

Die Ergebnisse für Klimawandel, Ozonabbau und Süßwassereutrophierung waren bei allen Folgenabschätzungsmethoden konsistent (Abb. 3). Die Auswirkungen auf die Meereseutrophierung waren für ReCiPe deutlich geringer (H = 19,4, df = 2, p < 0,005) und die Berechnungen für den Wasserverbrauch waren bei Verwendung der EF 3-Bewertungsmethode deutlich höher (H = 25,8, df = 2, p < 0,005). (Abb. 3). Dies deutet darauf hin, dass die Auswirkungen auf die Eutrophierung der Meere und den Wasserverbrauch mit der ReCiPe-Methode möglicherweise unterschätzt werden.

Sensitivitätsanalyse gängiger Wirkungskategorien (n = 3) für die Folgenabschätzungsmethoden ReCiPe, ILCD und EF 3.0 für die acht in dieser Ökobilanz bewerteten Knöterich-Managementansätze. In den Boxplots ist die Mittellinie = Median; Boxgrenzen = oberes und unteres Quartil; Whiskers = 1,5 × Interquartilbereich; Punkte = Ausreißer.

Ausgrabung, gefolgt von Picloram- und Glyphosat-Blattspray (D + P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A(projiziert) und (D + P2,69, F+Sl, S + G3,60, F , A) zeigten die größten Auswirkungen in den meisten Endpunktkategorien (Ergänzungstabelle S7, Abb. 4). Glyphosat-Stamminjektion (G65.00, St, A) und geplante physiochemische Methoden (D + P2.69, F+Sl, S +). G3.60,F, A(proj)) zeigte die beiden größten Auswirkungen auf Ökosysteme. Die Geomembranabdeckung (MemCov) verursachte die größte wirtschaftliche Auswirkung (Ergänzungstabelle S7, Abb. 4). Glyphosat-Blattspraybehandlungen (G3.60, F, A und G2.16, F, S+A) hatten die geringsten Auswirkungen auf die meisten Endpunktkategorien. Chemische Behandlungen mit Picloram (P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A) hatten größere Auswirkungen auf die Ressourcennutzung als die Glyphosat-Stielinjektion, was Unterschiede bei der Produktion dieser Herbizide verdeutlicht.

Relative Auswirkungen und wirtschaftliche Kosten der Methoden zur Behandlung des japanischen Staudenknöterichs auf Endpunktebene. Eine Beschreibung der Behandlungen finden Sie in Tabelle 1.

Geomembranabdeckungen (MemCov) verursachten die höchsten Gesamtkosten (Kosten für die Implementierung der Behandlung und Kosten für Umweltauswirkungen), gefolgt von physikochemischen Methoden (D + P2,69, F+Sl, S + G3,60,F, A(projiziert; D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A und DS + G3.60, F, A,) und Behandlung mit Picloram (P2.69, F+Sl, S + G3.60). , F, A(projiziert); P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A) (Ergänzungstabelle S7, Abb. 4). Glyphosatbehandlungen verursachten die niedrigsten Kosten (G3,60, F, A). ,; G2.16, F, S+A; D2.80 + G2.16; F, S+A und G65.00, St, A; Ergänzungstabelle S7, Abb. 4). Kosten für die Implementierung von Behandlungsmethoden (einschließlich Material und Arbeit) machten 95,5 % ± 2,8 % der Kosten pro Behandlung aus, hauptsächlich aus Arbeitskosten aufgrund der für die Durchführung jeder Behandlung benötigten Zeit.

Die Geomembranabdeckung (MemCov) hatte den höchsten Zeitaufwand (2.666,7 h ha-1; Abb. 5), da die Installation der Geomembran viel Zeit in Anspruch nahm und der japanische Staudenknöterich, der um die Membran herum auftrat, wiederholt von Hand herausgezogen wurde. Aufgrund der notwendigen Vegetationsentfernung sind Behandlungen mit Picloram- und Glyphosatspray (P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A und P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A) nicht möglich (projiziert)) wiesen den zweithöchsten Zeitverbrauch auf (378,8 bzw. 452,9 h ha−1; Abb. 5).

Zeitaufwand für die Umsetzung jeder Behandlung (zusammengestellt aus den Aufzeichnungen des Studiensystems23). Eine Beschreibung der Behandlungen finden Sie in Tabelle 1.

Ziel dieser Studie war es, die Nachhaltigkeit von Behandlungsansätzen für den japanischen Staudenknöterich auf feldrelevanter Ebene anhand empirischer Daten aus einem groß angelegten Langzeitprojekt zu vergleichen. Diese Informationen sollen als Grundlage für Managemententscheidungen dienen und zu unserem Verständnis der relativen Auswirkungen physikalischer und chemischer Managementmethoden beitragen.

Der relative Beitrag zu den Wirkungskategorien nach der hierarchischen ReCiPe-Methode und die wirtschaftlichen Kosten der Implementierung dieser Behandlungen wurden verwendet, um die wirtschaftlich und ökologisch tragfähigsten Optionen zu ermitteln. Die modellierten Auswirkungen basieren auf dem hierarchischen Ansatz von LCIA, der eine Zeitskala von 100 Jahren verwendet30. Wir haben herausgefunden, dass die einfachsten Methoden die günstigsten Umweltergebnisse hervorbringen. Die Anwendung von Glyphosat als Blattspray hatte die geringsten relativen Auswirkungen, wirtschaftlichen Kosten und den geringsten Zeitaufwand, da es sich um die wirksamste Behandlung gegen den japanischen Staudenknöterich handelt23,42. Durch die Abstimmung des Staudenknöterichmanagements mit der Pflanzenbiologie und Ökophysiologie kann eine wirksame Bekämpfung mit relativ geringen Glyphosatdosen erreicht werden23. Unterschiede zwischen Blattspray (G3.60, F, A & G2.16, F, S+A) und Stängelinjektion (G65.00, St, A) ergeben sich aus der größeren Anwendungsrate und Konzentration von Glyphosat, die bei der Stängelinjektion verwendet wird43, 44, was zeigt, dass die Umweltauswirkungen mit der Herbizidanwendungsrate zunehmen. Blattsprühmethoden haben weniger negative Auswirkungen, da das Glyphosat in einer Sprühmischung verdünnt wird, die in relativ geringen Konzentrationen aufgetragen wird. Da japanischer Staudenknöterich vor allem aufgrund der Bewirtschaftung zu den höchsten Kosten aller invasiven Arten im Vereinigten Königreich führt4,45, könnten die Ergebnisse dieser Studie eine Grundlage für eine kosteneffiziente Bewirtschaftung sein.

Unterschiede in den Auswirkungen der integrierten Blattapplikation von 2,4-D und Glyphosat (D2,80 + G2,16; F, S+A) im Vergleich zu Glyphosat allein verdeutlichen Diskrepanzen bei den Emissionen, die aus der 2,4-D- und Glyphosatproduktion resultieren. Die integrierte Picloram-Boden- und Glyphosat-Blattanwendung (P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A und P2,69, F+Sl, S + G3,60, F, A(projiziert)) hatte einen größeren Mittelpunkt und Endpunktauswirkungen als Glyphosat und geringere Auswirkungen als physiochemische Methoden (DS + G3.60, F, A & D + P2.69, F+Sl, S + G3.60, F, A; Abb. 2 und 4), wobei hervorgehoben wird Die einfachsten Kontrollmethoden verursachten die geringsten Auswirkungen. Im Hinblick auf den Bekämpfungserfolg führt Picloram zu gemischten Ergebnissen bei der Staudenknöterichbekämpfung46 und ist weniger wirksam als Glyphosat allein23.

Physikalische und integrierte physikalisch-chemische Methoden zeigten in dieser Studie die größten negativen Umweltauswirkungen (Abb. 2 und 4). Die Auswirkungen der Geomembranabdeckung aus High-Density-Polyethylen (HDPE) für den japanischen Staudenknöterich (MemCov) ergeben sich aus Rohölgewinnungs-, Destillations-, Crack- und Extrusionsprozessen bei der Kunststoffherstellung, die ressourcen- und energieintensiv sind und erhebliche Emissionen verursachen47,48,49. Dies geht aus den LCA-Ergebnissen für MemCov hervor (Ergänzungstabelle S6). Aufgrund der Kosten und des Zeitaufwands, die mit der Umsetzung dieser Behandlung verbunden sind (Abb. 5), verursachte die Geomembranabdeckung auch die höchsten wirtschaftlichen Gesamtkosten (Abb. 4). Dies wird von Rask et al.50 hervorgehoben, die herausfanden, dass weniger wirksame physikalische Methoden eine intensivere Behandlung erfordern, um ein Kontrollniveau zu erreichen, das dem Einsatz von Herbiziden entspricht. In dieser Modellstudie war die Abdeckung eine ineffektive Managementstrategie gegen den japanischen Staudenknöterich im Feldmaßstab23.

Die Auswirkungen des integrierten physikochemischen japanischen Staudenknöterichmanagements (DS + G3.60, F, A und D + P2.69, F+Sl, S + G3.60,F, A) ergeben sich aus dem Einsatz von Diesel beim Aushub. Die modellierten Auswirkungen des Knöterichabbaus auf den Ozonabbau infolge der Rohölgewinnung und -destillation (im Zusammenhang mit der Dieselproduktion) und der Kraftstoffverbrennung stimmen mit der Literatur über die Auswirkungen von Bodensanierungstechniken überein51. Physiochemische Methoden verursachten ebenfalls die größten Endpunktauswirkungen (Abb. 4), der Zeitaufwand stimmte jedoch mit denen der Blattsprühmethoden überein (Abb. 5). Obwohl diese Behandlungen weniger wirksam waren als die alleinige Anwendung von Glyphosat23, werden Ausgrabungen häufig dann eingesetzt, wenn der Zeitrahmen eine längere Behandlung durch jährliche Herbizidanwendung möglicherweise nicht zulässt und die Kosten der Ausgrabung durch die Kosten ausgeglichen werden, die durch Projektverzögerungen entstehen (z. B. hochwertige Landentwicklungsstandorte)24 ,46. Physische Störungen durch die Rhizombearbeitung können die Energiereserven der Pflanzen erschöpfen und die Kontrolle des oberirdischen Wachstums beschleunigen23. Allerdings sind die mit dieser Methode verbundenen Kosten, Arbeitsanforderungen und die Notwendigkeit der Entsorgung kontrollierter Abfälle nachteilig24,46. Dieser Ansatz kann auch ein Risiko für die Biosicherheit darstellen, da versehentlich Knöterich-Rhizomfragmente verbreitet werden.

Die relativen Auswirkungen des Aushubs gegenüber der Anwendung von Herbiziden sollten in Bezug auf standortspezifische Bewirtschaftungsziele und verfügbare Ressourcen berücksichtigt werden. Ziele, die den Schutz der biologischen Vielfalt, ein wirksames Staudenknöterich-Management und ökologische Nachhaltigkeit in den Vordergrund stellen, können einen gezielten, langfristigen Ansatz begünstigen. In diesem Fall sind Herbizide ein wirksames Managementinstrument52, obwohl eine sorgfältige Abwägung der Auswirkungen nach der Anwendung und des breiteren ökologischen Kontexts erforderlich ist. Wenn die Kosten für die Bewirtschaftung die Auswirkungen des japanischen Staudenknöterichs überwiegen, kann ein Nichtstun-Ansatz sinnvoller sein als der Einsatz alternativer physikalischer Methoden, die weniger effektiv sind und größere Auswirkungen auf die Produktion haben.

Die relativen Auswirkungen invasiver Pflanzenbewirtschaftungsmethoden nach der Behandlung sind derzeit nicht bekannt. Die Forschung zum Verbleib von Herbiziden in der Umwelt konzentriert sich hauptsächlich auf landwirtschaftliche Betriebe als Hauptverbraucher von Herbiziden. Das Vorhandensein von Pestizidrückständen in landwirtschaftlichen Böden ist mittlerweile die Norm53; Glyphosatrückstände wurden in der weiteren Umwelt54,55, in Lebensmitteln56 und in der menschlichen Bevölkerung57,58,59 festgestellt. Eine aktuelle Metaanalyse hat ergeben, dass die kumulative Exposition gegenüber Herbiziden auf Glyphosatbasis mit einem erhöhten Risiko für Non-Hodgkin-Lymphom60 verbunden ist; Eine prospektive Kohortenstudie ergab jedoch, dass Glyphosat an keinem Ort statistisch signifikant mit Krebs assoziiert war61. Andere von Mesnage et al.62 untersuchte toxische Wirkungen wurden ebenfalls festgestellt, obwohl die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zu dem Schluss kam, dass die Beweise für die Einstufung als „wahrscheinlich krebserregend“ begrenzt waren63,64.

Es wird angenommen, dass die Exposition gegenüber Glyphosat die Hormonaktivität sowie die Zell- und Organfunktion bei Vögeln, Fischen und Säugetieren, die hohen Dosen und chronisch kumulativen niedrigen Dosen ausgesetzt sind, negativ beeinflusst65,66,67 und einen Selektionsdruck in Richtung Herbizidtoleranz bei Pflanzen ausübt65. Allerdings sind die ökologischen Wechselwirkungen von Herbizidrückständen komplex68. Die Auswirkungen auf mikrobielle Gemeinschaften sind begrenzt69, da Mikroben Rückstände leicht abbauen70. Beistoffe in Herbizidprodukten bergen auch Risiken für die menschliche und ökologische Gesundheit62,71. Dies wurde durch Straw et al.72 weiter bestätigt, die zu dem Schluss kamen, dass die Beistoffe in Roundup® die Ursache für das Bienensterben seien und nicht der Wirkstoff. Umgekehrt haben Weidenmüller et al.73 kürzlich herausgefunden, dass eine subletale Exposition gegenüber Glyphosat allein die Thermoregulation bei Hummeln in Stressphasen verringern kann. Während diese Studien wertvolle Informationen über die Gefahren einer Exposition liefern, würden Studien unter Feldbedingungen mit feldrelevanten Glyphosatkonzentrationen unser Verständnis erweitern.

Physische Ansätze zur IAP-Bewältigung können als weniger schädlich angesehen werden als Herbizide, sind jedoch mit der Nutzung fossiler Brennstoffe verbunden (in großem Maßstab, wo das Ziehen oder Schneiden von Hand nicht möglich ist), was zu einem wesentlichen Faktor für die CO2-Emissionen beiträgt. Die Aufzeichnungen über Emissionen im Zusammenhang mit dem Transport, der Entsorgung oder der Einkapselung von mit Knöterich befallenem Boden sind begrenzt, was die Auswirkungen physischer Bewirtschaftungsansätze verschärft. Umgekehrt können Herbizide die Umweltauswirkungen der landwirtschaftlichen Unkrautbekämpfung verringern, indem sie die Kohlendioxidemissionen (CO2) minimieren, die mit dem Kraftstoffverbrauch für die physische oder mechanische Unkrautbekämpfung verbunden sind74. Angesichts der weltweiten Verpflichtung zur Reduzierung der Emissionen im Einklang mit dem Pariser Abkommen75 ist eine Bewertung der umfassenderen Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln erforderlich. Dies kann weitere Erkenntnisse über die relative Bedeutung der Umweltauswirkungen liefern, die sich aus der Produktion gegenüber der Nutzung und den Lebenszyklusphasen am Ende des Lebenszyklus ergeben.

Die Diskrepanz zwischen den Auswirkungen japanischer Staudenknöterich-Bekämpfungsmethoden auf die Produktion und nach der Anwendung macht deutlich, dass weitere Untersuchungen und ein Dialog über die relativen Kosten und Vorteile der IAP-Bekämpfung erforderlich sind. Die weit verbreitete Verbreitung von Herbizidrückständen ist unwiderlegbar und es gibt immer mehr Hinweise auf das Risiko einer Exposition gegenüber diesen Verbindungen, was zu Forderungen nach einer strengeren Herbizidregulierung führt2. Ohne einen sorgfältigen Vergleich chemischer und physikalischer Methoden über den gesamten Lebenszyklus hinweg bleibt unsere Fähigkeit, fundierte Entscheidungen rund um das IAP-Management zu treffen, jedoch begrenzt. Wir stellen fest, dass die Bewertung der Umweltauswirkungen in dieser Studie von der Wiege bis zur Bahre durch den Mangel an Daten zu feldrelevanten Umweltfreisetzungspfaden von Produkten, die für das IAP-Management verwendet werden, eingeschränkt war. Zukünftige Bemühungen, diese Informationen zu sammeln, wären willkommen.

Während umfassendere Nachhaltigkeit ein wichtiges Ziel für IAP-Managementmethoden ist, müssen die von uns eingesetzten Methoden auch effektiv sein. Bei ausgewählten invasiven Pflanzen, einschließlich des japanischen Staudenknöterichs, ist die chemische Behandlung eine tragende Säule3,23, obwohl derzeit keine Methode zu einer vollständigen Ausrottung führt. Im Gegensatz zum weltweiten Einsatz von Herbiziden in der Landwirtschaft basiert die invasive Pflanzenbewirtschaftung auf Naturschutz und Nachhaltigkeit3 und findet in kleineren Maßstäben statt. Der Bedarf an Herbiziden im Vergleich zu alternativen (oft ungetesteten) Unkrautbekämpfungsprodukten muss daher im entsprechenden Kontext und mit umfassenderen Zielen begründet werden. Die gesellschaftliche Wahrnehmung von IAP-Managementmethoden ist dabei ein wichtiger Teil33, sollte aber auch durch empirische Erkenntnisse in angemessenem Umfang unter Berücksichtigung der sozialen Auswirkungen des Staudenknöterichbefalls und der anschließenden Behandlung gestützt werden. Aus sozioökonomischer Sicht zeigt diese Studie, dass der Einsatz des effektivsten und nachhaltigsten Ansatzes zur Staudenknöterichbekämpfung auch der kostengünstigste Ansatz ist. Darüber hinaus kann in einer Zeit, in der die soziale und ethische Verantwortung für die Umwelt zunimmt, die Betrachtung des Gesamtbildes der IAP-Managementmethoden dabei helfen, diesen Ansätzen Priorität einzuräumen. Die Ergebnisse dieser Studie können genutzt werden, um einen Dialog über die relativen Auswirkungen und die Nachhaltigkeit von IAP-Managementmethoden anzustoßen und wie diese im Vergleich zur öffentlichen Wahrnehmung abschneiden.

Ob die langfristigen Auswirkungen von Pflanzeninvasionen die Auswirkungen und Meinungen des Managements überwiegen, muss ebenfalls berücksichtigt werden, um wert- und zielorientierte Entscheidungen auf strategischer Ebene zu treffen28. Wenn die Managementkosten den Nutzen überwiegen, müssen Wirksamkeit, Wirtschaftlichkeit und Auswirkungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg bei der Auswahl alternativer Behandlungen oder geeigneter Schadensbegrenzungsmethoden berücksichtigt werden. Um dieses Problem anzugehen, wird empfohlen, die Auswirkungen invasiver Pflanzen in die Lebenszyklusanalyse von Bewirtschaftungsszenarien zu integrieren, um die Behandlung mit einem „Nichtstun“-Ansatz zu vergleichen. Daher ist die Einbindung der Stakeholder in dieser Angelegenheit von entscheidender Bedeutung, wenn wir uns an den Nachhaltigkeitszielen orientieren wollen.

In dieser Studie wurden die ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen von acht Managementansätzen für den japanischen Staudenknöterich bewertet. Glyphosat-Blattsprühmethoden, die sich laut Jones et al.23 als die wirksamsten gegen den japanischen Staudenknöterich erwiesen, verursachten die geringsten Auswirkungen auf die Umwelt und die Wirtschaft, was zeigt, dass Methoden, die letztendlich den Aufwand reduzierten, zu besseren Ergebnissen führten. Sparsamkeit sollte daher ein wichtiger Gesichtspunkt bei Managemententscheidungen sein. Geomembranabdeckungen verursachten die größten Auswirkungen während der Produktion und verursachten die höchsten wirtschaftlichen Kosten, gefolgt von integrierten physikalisch-chemischen Methoden (Aushub und Herbizidanwendung). Während die Auswirkungen von Knöterich-Bekämpfungsmethoden nach der Behandlung eine aktuelle Wissenslücke darstellen, gibt es immer mehr Belege für die umfassenderen Auswirkungen von Herbizidformulierungen und den Produkten und Prozessen, die bei physikalischen Bewirtschaftungsmethoden verwendet werden53,57,62,76. Diese Ergebnisse unterstreichen daher die Notwendigkeit einer sorgfältigen (und umfassenden) Abwägung der mit invasiven Anlagenmanagementprozessen verbundenen Risiken und Vorteile bei der Entwicklung invasiver Anlagenmanagementstrategien im großen Maßstab28.

Die in dieser Studie generierten und analysierten Daten sind auf begründete Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

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Dieser Artikel wurde aus einem Ph.D. für Knowledge Economy Skills Scholarships (KESS II) abgeleitet. Das Stipendium wird teilweise durch das Konvergenzprogramm des Europäischen Sozialfonds (ESF) der walisischen Regierung finanziert und ist eine Partnerschaft mit Complete Weed Control LTD.

Diese Arbeit wurde teilweise vom Europäischen Sozialfonds (ESF) im Rahmen des Konvergenzprogramms der Europäischen Union finanziert, das von der walisischen Regierung gemeinsam mit der Swansea University und Complete Weed Control Ltd. verwaltet wird.

Abteilung für Biowissenschaften, Swansea University, Singleton Park, Swansea, SA2 8PP, Großbritannien

Sophie Hocking, Daniel Jones und Daniel Eastwood

Agri-EPI Centre, Poultry Lane, Edgmond, Newport, TF10 8JZ, England, Vereinigtes Königreich

Trisha Toop

Harper Adams University, Poultry Lane, Edgmond, Newport, TF10 8NB, England, Vereinigtes Königreich

Trisha Toop

Advanced Invasives Ltd., Sophia House, 28 Cathedral Road, Cardiff, CF11 9LJ, Großbritannien

Daniel Jones

Complete Weed Control Ltd., Unit 16, Hurworth Road, Newton Aycliffe, DL5 6UD, Großbritannien

Ian Graham

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SH konzipierte und leitete das Projekt und bereitete den ersten Entwurf und die Überarbeitungen des Manuskripts vor. DJ hat diese Studie konzipiert und Daten bereitgestellt. TT führte die Studie durch, leistete technische Unterstützung und beriet beim Projekt. IG lieferte Beratung und validierte wirtschaftliche Kostendaten. DE konzipierte und betreute das Projekt. Alle Autoren haben zur Erstellung und Überprüfung des Manuskripts beigetragen.

Korrespondenz mit Sophie Hocking oder Daniel Eastwood.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Hocking, S., Toop, T., Jones, D. et al. Bewertung der relativen Auswirkungen und wirtschaftlichen Kosten japanischer Staudenknöterich-Bekämpfungsmethoden. Sci Rep 13, 3872 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30366-9

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Eingegangen: 27. Oktober 2022

Angenommen: 21. Februar 2023

Veröffentlicht: 17. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30366-9

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