project - EIP-AGRI Operational Group

FrostStrat – Strategy for the reduction of late frost damage in wine and fruit growing
FrostStrat - Strategie zur Reduzierung der Spätfrostschäden im Wein- und Obstbau

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Completed | 2019 - 2022 Austria
Completed | 2019 - 2022 Austria
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Contexte

Climate change increasingly leads to milder winters and warmer springs. In vineyards and orchards this results in a premature phenology, namely earlier sprouting and considerably earlier flowering. These crops are at this stage particularly sensitive to cold surges and frost. The consequences are devastating late frost damage up to complete yield losses which constitute a threat for the farms. The strategies to combat late frost damage in wine and fruit growing practiced so far are not sufficiently evaluated on a scientific basis and must partly be examined critically in terms of efficiency and effect. This lack of scientific evidence results in the fact that frost protection measures are not applied very much systematically, e.g. at times when there is no actual danger due to the weather or in a phenologically unproblematic stage. For these reasons, not only an evaluation and a redevelopment of frost protection measures are needed, but also the systematic utilisation of weather data (sensors) in order to be able to derive practical recommendations for action for wine and fruit growers.
With the development of a company-specific app, current weather information can be used not only in times of late frost danger but all year round. In the future, this application can also be used for further development in the field of warning forecasting in order to provide regional information leading to savings in the area of plant protection.

Objectives

The frost protection measures presently applied in wine and fruit growing are examined in this project for their actual effect. They are improved and new measures are developed. In addition to that a digital tool is developed in the course of the project, which links data and information in an intelligent way and delivers forecasts as well as recommendations for actions for farms. By means of this tool wine and fruit growers can protect themselves in a better way against yield losses due to frost damage.
 

Objectives

Die derzeit im Wein- und Obstbau eingesetzten Frostschutzmaßnahmen werden in diesem Projekt auf ihre tatsächliche Wirkung untersucht. Sie werden verbessert und neue Maßnahmen entwickelt. Zusätzlich entsteht in dem Projekt ein digitales Tool, welches intelligent Daten und Informationen miteinander verknüpft und Prognosen sowie Handlungsempfehlungen für die landwirtschaftlichen Betriebe ausgibt. Hiermit können sich die Wein- und Obstbäuerinnen und -bauern besser vor Ertragseinbußen durch Frostschäden schützen.

Activities

1. Improvement of existing, and development of new frost protection measures, on the basis of scientific knowledge
2. Evaluation of the frost sensitivity of types of fruit varieties and grape varieties according to phenological development stages
3. Field observations in holdings where late frost occurs
4. Integration of more than 400 small weather stations for the systematic recording of weather data
5. Development of a forecast model for the small-scale regional frost risk
6. Development of an intelligent digital tool as decision aid in fruit and wine growing in view of the mitigation of frost damage
 

Activities

1. Verbesserung bestehender und Entwicklung neuer Frostschutzmaßnahmen, basierend auf wissenschaftlichen Erkenntnissen
2. Evaluierung der Frostempfindlichkeit von Obstarten und Rebsorten nach den phänologischen Entwicklungsstadien
3. Freilandbeobachtungen in Anlagen, bei denen Spätfrost auftritt
4. Einbindung von über 400 Kleinwetterstationen für die systematische Erfassung von Wetterdaten
5. Entwicklung eines Prognosemodells für das kleinregionale Spätfrostrisiko
6. Entwicklung eines intelligenten, digitalen Tools als Entscheidungshilfe für Obst- und Weinbäuerinnen und -bauern im Hinblick auf die Eindämmung von Frostschäden

Additional comments

In addition to the innovative scientific findings on practical late frost control strategies, an important information and decision-making tool can be made available to the farms through the use of digital technology. Whereas measurements in the orchards and vineyards currently have to be taken with thermometers that are not suitable for practical use, in future automated information will be available that can be transferred to mobile phones via an app and will provide up-to-date data. The integration of large-scale weather data expands the information on weather development so that frost risks can be better estimated regionally. 

Additional information

The software transfer to the Chamber of Agriculture at the end of the project is intended to ensure frost warning beyond the project. 

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014AT06RDNP001 Austria - Rural Development Programme (National)
Emplacement
Main geographical location
Wiener Umland/Nordteil
Other geographical location
West- und Südsteiermark, Weinviertel

EUR 499 603.00

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

Ressources

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19 Practice Abstracts

Within the framework of the FrostStrat project, pruning trials were carried out in the years 2020 to 2022 on the early-growing varieties Muskateller and Blauer Wildbacher. Leaving the vines in frost was tested as well as a variant with late pruning in April.

Both measures showed a slight delay in sprouting in all three years compared to an early pruning variant. Leaving frost cuttings also leaves more winter buds on the vine, which can result in a higher yield in the event of frost.

Im Rahmen des Projektes FrostStrat wurden in den Jahren 2020 bis 2022 Schnittversuche bei den frühaustreibenden Sorten Muskateller bzw. Blauer Wildbacher durchgeführt. Das Belassen von Frostruten wurde ebenso ausgetestet wie auch eine Variante mit einem verspäteten Rebschnitt im April.

Beide Maßnahmen zeigten in allen drei Jahren im Vergleich zu einer früh geschnittenen Variante eine geringfügige Austriebsverzögerung. Durch das Belassen von Frostruten bleiben auch mehr Winterknospen am Rebstock, welche im Falle eines Frostes einen höheren Ertrag bewirken können.

Delaying budbreak can reduce or even avoid damage to the vines. This depends mainly on when and how deep in terms of temperature in the vegetation development the frost strikes. A late pruning brings a certain delay, but in some years it disappears after a few days. The disadvantage of late pruning is that it increases the risk of Esca infections, especially when the vine is already in sap.

The pruning methods used generally developed more shoots than conventional pruning methods and therefore have a sufficient number remaining in case of late frost events with partial damage. In particular, frost cut, frost head and minimum pruning are therefore mainly based on an increased number of shoots, which are usually not or only slightly delayed in development. The longer the development is advanced, the more difference there is between minimum pruning and other pruning variants. Double pruning, on the other hand, causes a considerable delay in development during the phase of greatest risk of late frost. In the event of a late frost, the chances are good that the developing buds will not be damaged. The delay in development, however, extends slightly until harvest and could also be operated as a delay in maturity, which seems to be predetermined by climate change and the variety profile.

Eine Austriebsverzögerung kann die Schädigung der Reben verringern oder sogar vermeiden. Dies hängt vor allem davon ab, wann und wie tief temperaturmäßig in der Vegetationsentwicklung der Frost zuschlägt. Ein später Rebschnitt bringt eine gewisse Verzögerung mit sich, die aber in manchen Jahren nach wenigen Tagen verschwunden ist. Nachteilig ist, dass der späte Schnitt insbesondere wenn die Rebe schon in Saft geht, ein erhöhtes Risiko von Esca Infektionen mit sich bringt.

Die verwendeten Schnittmethoden entwickelten in der Regel mehr Triebe als herkömmliche Schnittverfahren und haben daher bei Spätfrostereignissen mit Teilschädigung eine ausreichende Anzahl, die übrigbleibt. Insbesondere Frostrute, Frostkopf und Minimalschnitt basieren daher vor allem auf einer erhöhten Triebanzahl, die meist nicht oder nur wenig verzögert in der Entwicklung stehen. Umso länger die Entwicklung schon fortgeschritten ist umso mehr Unterschied entsteht zwischen Minimalschnitt und anderen Schnittvarianten. Der Doppelte Zapfenschnitt hingegen bringt eine wesentliche Verzögerung der Entwicklung in der Phase der größten Spätfrostgefahr mit sich. Im Fall eines Spätfrostes stehen die Chancen gut, dass die sich entwickelnden Knospen nicht geschädigt werden. Die Verzögerung in der Entwicklung reicht aber geringfügig bis zur Ernte und könnte auch als Reifeverzögerung betrieben werden, welche durch den Klimawandel und das Sortenprofil vorgegeben scheint.

The use of the helicopter is bound to the BMCT (begin morning civil twilight) specifications. This is understood to be the period when the sun is halfway between the beginning of morning and nautical twilight and sunrise, when there is enough light to see objects clearly with the naked eye. The sun is six degrees below the eastern horizon at this time. In concrete terms, this means a mission in Austria about 30 minutes before sunrise due to the latitude.

The use of a helicopter in an inverse, i.e. warm upper and cold lower air layer, was investigated in this project. Preliminary data analyses have shown that at a flight altitude of 10 m and a speed of 18 km/h, this type of helicopter can heat the lower air layer by about 30% of the differential temperature. The temporal effect lasts for about 5 minutes, but must be verified in more detail in further data analyses within the framework of a publication.

Der Einsatz des Helikopters ist an die BMCT-Vorgaben (begin morning civil twilight) gebunden. Dabei wird der Zeitraum verstanden, in dem die Sonne auf halbem Weg zwischen dem Beginn des Morgens und der nautischen Dämmerung und dem Sonnenaufgang steht, wenn genügend Licht vorhanden ist, um Objekte mit bloßem Auge klar sehen zu können. Die Sonne steht dabei sechs Grad unter dem östlichen Horizont. Konkret bedeutet dies einen Einsatz in Österreich aufgrund des Breitengrades rd. 30 Minuten vor Sonnenaufgang.

Der Einsatz eines Helikopters bei einer inversen d.h. warmen oberen und kalten unteren Luftschicht wurde in diesem Projekt untersucht. Die vorläufigen Datenanalysen haben ergeben, dass bei einer Flughöhe von 10m und einer Geschwindigkeit von 18 km/h bei dieser Bauart an Helikopter die untere Luftschicht um rd. 30% der Differenztemperatur erwärmt werden kann. Der zeitliche Effekt hält rd. 5 Minuten an, muss aber in weiteren Datenanalysen im Rahmen einer Publikation genauer verifiziert werden.

Two hot air devices were tested:

The FrostGuard/AgroFrost used rotates on its own axis in 8 minutes, so 8 sensors were placed at 15 metre intervals in a circle on wooden sticks around the appliance at a height of 1.5 m. The appliance was heated with gas. The unit was converted from gas to solid wood material (beech) and thus also heated, so that the producer data can be commented on in a limited way. Due to the rotating movement of the hot air device, an "up and down" should be visible. In fact, the fluctuation at sensor L6, for example, was between 0.7 and 0.77°C. On the other hand, the temperature at sensor L1 was between -1.15 and -1.20°C. The two sensors thus had a temperature difference of approx. 1.8°C to each other. With a uniform rotation, the temperatures should match. Presumably, the unit rotated in a circle at different speeds. The actual cause cannot be determined below. In any case, the hot air device seems to have an effect on a small regional scale.

Hot air was generated with the "FrostBuster LAZO Type 301" device using 6 gas cylinders. The test area was about 2 ha. The data show only very slight temperature effects with a short-term impact, although only half of the producer's area was used. This type of hot air blower is hardly suitable for an acute frost risk in larger areas.

For acute late frost control, these devices show only a small-scale impact and temperature increase.

Zwei Heißluftgeräte wurden getestet:

Der verwendete FrostGuard/AgroFrost dreht sich in 8 Minuten um die eigene Achse, sodass 8 Sensoren im Abstand von 15 Metern im Kreis auf Holzstecken um das Gerät in einer Höhe von 1, 5 m angebracht wurden. Das Gerät wurde von Gas auf Festholzstoff (Buche) umgebaut und damit auch beheizt, sodass die Erzeugerangaben beschränkt kommentiert werden können. Durch die Drehbewegung des Heißluftgerätes sollte ein „auf und ab“ sichtbar sein. Tatsächlich betrug die Schwankung z.B. beim Sensor L6 zwischen 0,7 und 0,77°C. Hingegen lag die Temperatur bei Sensor L1 zwischen -1,15 und -1,20°C. Die beiden Sensoren zueinander wiesen somit eine Temperaturdifferenz von rd. 1,8°C auf. Bei einer gleichmäßigen Drehbewegung sollten die Temperaturen übereinstimmen. Vermutlich hat sich das Gerät mit unterschiedlicher Geschwindigkeit im Kreis gedreht. Die tatsächliche Ursache kann nachfolgend nicht eruiert werden. Jedenfalls scheint das Heißluftgerät kleinregional eine Wirkung zu zeigen.

Mit dem Gerät „FrostBuster LAZO Type 301“ wurden mit 6 Gasflaschen Heißluft erzeugt. Die Versuchsfläche betrug rd. 2ha. Die Daten zeigen nur sehr geringfügige Temperaturauswirkungen mit kurzfristiger Auswirkung, obwohl nur die Hälfte der Erzeugerangabe an Fläche befahren wurde. Diese Art des Heißluftgebläses eignet sich kaum für eine akute Frostgefahr in größeren Lagen.

Für eine akute Spätfrostbekämpfung zeigen diese Geräte nur eine kleinräumige Schlagkraft und Temperaturerhöhung.

The principle of mixing cold and warm air masses in a - provided inverse - weather situation, i.e. warmer temperatures in higher air layers than on the ground, can be utilised by using mobile wind turbines. There is experience of this in California and other countries, but also from the frost years 2016 and 2017 in Austria.

A mobile wind machine from the company Rath was used, which as a prototype is driven via the tractor's power take-off shaft. The producer stated that 312,000m³ of air are handled at 900 revolutions per hour.

This wind machine sucks in wind from a height of about 7 m and distributes it by rotating it through 360°. The innovation is that not only a 360° rotation but also a definable sectoral restriction (e.g. 60° rotation angle, ...) on the one hand, but also the air output pressure can be controlled by the variable outlet slots. The measured values showed good wind effects of the mobile weather station, whereby it should be noted that no significant inverse weather situation was present. The mobile wind machine seems to be a promising frost control measure, provided that the topography and size (works very well up to 25 m, insignificantly from 50 m distance) allow it.

Das Prinzip der Vermischung kalter und warmer Luftmassen bei einer – vorausgesetzt inversen – Wetterlage, d.h. wärmere Temperaturen in höheren Luftschichten als am Boden, kann durch den Einsatz von mobilen Windrädern genutzt werden. In Kalifornien und anderen Ländern, aber auch von den Frostjahren 2016 und 2017 in Österreich, liegen dafür Erfahrungen vor.

Zum Einsatz kam eine mobile Windmaschine der Firma Rath, welche als Prototyp über die Zapfwelle des Traktors angetrieben wird. Der Erzeuger gab an, dass 312.000m³ Luft bei 900 Umdrehungen pro Stunde bewältigt werden.

Diese Windmaschine saugt von rd. 7 m Höhe Wind an und verteilt diese durch Drehung um 360°. Die Innovation besteht darin, dass nicht nur eine 360° Drehung sondern auch eine definierfähige sektorale Einschränkung (z.B. 60° Drehungswinkel, ...) einerseits, aber auch dder Luftausstoßdruck durch die veränderbaren Austrittsschlitze gesteuert werden kann. Die Messwerte zeigten gute Windeffekte der mobilen Wetterstation, wobei hinzuweisen ist, dass keine wesentliche inverse Wetterlage vorhanden war. Die mobile Windmaschine scheint eine vielversprechende Frostbekämpfungsmaßnahme zu sein, sofern die Topografie und Größe (wirkt bis 25 m sehr gut, ab 50 m Entfernung unwesentlich) dies zulässt.

Overhead irrigation has also proven its worth as frost irrigation, especially for pome fruit orchards. The combination of quality-assuring irrigation with yield-assuring frost irrigation thus fulfils a double benefit. The critical factor is the sufficient availability of the required amount of water. The requirement for frost irrigation must be assumed to be around 4 mm/h, i.e. 40,000 litres per hour and ha. The water quality should not exceed 2 mg/l for iron (risk of russeting). Treatment must be started before the temperature drops into the frost range and depends on the humidity. Irrigation can only be stopped after a dew point temperature has been reached. This can result in irrigation lasting several days, especially if there is an advective frost. The result is heavy ice masses on the shoots, which can cause branch breaks. In order to be able to carry out further frost sprinkling in such cases, thawing with heating must be carried out in between, which results in enormous additional costs.

The control outside the plant shows a temperature deviation of 1.9 to 1.2 before sunrise in the main period and approaches the values in the plant as the sun rises. Although the weather sensors were placed in a row at the same distance, they deviated by up to 0.5°C. This seems to be due to the different irrigation distribution.

Die Überkronenberegnung hat sich auch als Frostberegnung insbesondere bei Kernobstanlagen bewährt. Die Kombination der qualitätssichernden Beregnung mit der ertragssichernden Frostberegnung erfüllt somit einen doppelten Nutzen. Kritisch ist die ausreichende Verfügbarkeit der erforderlichen Wassermenge. Der Bedarf bei der Frostberegnung muss mit rd. 4 mm/h d.h. 40.000 Liter pro Stunde und ha angenommen werden. Die Wasserqualität sollte bei Eisen nicht über 2 mg/l betragen (Gefahr von Berostungen). Der Behandlungsbeginn hat vor dem Absinken der Temperatur in den Frostbereich zu erfolgen und ist von der Luftfeuchtigkeit abhängig. Erst nach dem Erreichen einer Taupunkttemperatur kann die Beregnung beendet werden. Dies kann eine mehrtägige Beregnungsdauer zur Folge haben, insbesondere dann, wenn ein Advektivfrost vorliegt. Die Folge sind schwere Eismassen auf den Trieben, die Astbrüche verursachen können. Um weitere Frostberegnungen vornehmen zu können, muss in solchen Fällen zwischendurch mit Beheizung aufgetaut werden, wodurch enorme zusätzliche Kosten entstehen.

Die Kontrolle außerhalb der Anlage weist im Hauptzeitraum eine Temperaturabweichung von 1,9 bis 1,2 vor Sonnenaufgang auf und nähert sich den Werten in der Anlage im Zuge des Sonnenaufganges. Obwohl in einer Reihe im gleichen Abstand die Wettersensoren angeordnet waren, wichen diese bis zu 0,5° C ab. Dies scheint auf die unterschiedliche Bewässerungsverteilung zurückzuführen zu sein.

The effect of fumigation is based on the fact that the "fogging" reduces the heat radiation from the soil. Also, the heating slows down at sunrise, so that the heating of the cells slows down and the plant cells burst less. Only in the case of radiation frost and a complete fogging can an effect occur if an area-wide application is made.

Although the vineyard's trial experience from 2016 and 2017 was brought in, no dense fogging and thus no comprehensible temperature effect could be measured. The values apparently varied depending on the distance of the lit straw bale, but not on the heat radiation.

For an effect, the distance between the straw bales would have to be closer and a more extensive fumigation with dense fog formation would have to be carried out. The associated environmental and neighbourhood pollution must be critically questioned.

Der Effekt des Räucherns beruht darauf, dass durch die „Vernebelung“ die Wärmeabstrahlung vom Boden vermindert wird. Auch verlangsamt sich die Erwärmung bei Sonnenaufgang, sodass die Erwärmung der Zellen sich verlangsamt und die Pflanzenzellen weniger platzen. Nur bei Strahlungsfrost und einer vollständigen Vernebelung kann ein Effekt auftreten, wenn flächendeckend ein Einsatz erfolgt.

Obwohl die Versuchserfahrungen des Weinbaubetriebes aus den Jahren 2016 und 2017 eingebracht wurden, konnte keine dichte Vernebelung und somit auch kein nachvollziehbarer Temperatureffekt gemessen werden. Die Werte variierten scheinbar abhängig von der Entfernung des angezündeten Strohballens, jedoch nicht von der Wärmeabstrahlung.

Für eine Wirkung müsste der Abstand der Strohballen dichter und eine großflächigere Räucherung mit dichter Nebelbildung vorgenommen werden. Die dabei einhergehende Umwelt- und Anrainerbelastung muss kritisch hinterfragt werden.

In an orchard, the mobile wind machine of the manufacturer Tow and Blow was tested with additional heating by paraffin candles if required. In order to achieve the optimal effect of the wind machine, it had to be started at temperatures slightly above freezing. The air masses must be mixed before a cold lake can form. The planned switch-on time at 1° C, measured by the sensor at the coldest point in the system, could be roughly adhered to. Due to very different temperatures in the system, a certain flexibility was necessary.

The data proves the effectiveness of the wind machine "Tow and Blow" during radiation frosts. The temperature at 7m is often several degrees Celcius above the ground temperature. In the case of wind frosts, the use of the wind machine makes no sense, the temperatures are the same in all air layers.

If one compares the values at 7m height at the wind machine and at the zero variant outside the experimental garden, it is clear that the wind machine has a positive influence. Due to the constant swirling, warm air is supplied from above. The highest soil temperatures were therefore also measured in the immediate vicinity of the wind machine. The other gradations result on the one hand from the distance to the wind machine and on the other hand from the topography.

In einer Obstanlage wurde die mobile Windmaschine des Herstellers Tow and Blow bei Bedarf mit Zusatzheizung durch Paraffinkerzen getestet. Um die optimale Wirkung der Windmaschine zu erzielen, musste diese schon bei Temperaturen leicht über dem Gefrierpunkt gestartet werden. Die Luftmassen müssen durchmischt werden, bevor sich ein Kältesee bilden kann. Der geplante Einschaltzeitpunkt bei 1° C, gemessen vom Sensor am kältesten Punkt in der Anlage, konnte grob eingehalten werden. Aufgrund sehr unterschiedlicher Temperaturen in der Anlage war eine gewisse Flexibilität notwendig.

Die Daten belegen die Wirksamkeit der Windmaschine „Tow and Blow“ bei Strahlungsfrösten. Die Temperatur in 7m Höhe ist oft um mehrere Grad Celcius über der Bodentemperatur. Bei Windfrösten hat der Einsatz der Windmaschine keinen Sinn, die Temperaturen sind in allen Luftschichten gleich.

Vergleicht man die Werte auf 7m Höhe an der Windmaschine und bei der Nullvariante außerhalb des Versuchsgartens, zeigt sich eindeutig, dass die Windmaschine einen positiven Einfluss hat. Durch das ständige Durchwirbeln wird warme Luft von oben nachgeliefert. Die höchsten Bodentemperaturen wurden demnach auch im direkten Umkreis der Windmaschine gemessen. Die anderen Abstufungen ergeben sich einerseits durch Abstand zur Windmaschine, andererseits durch die Topografie.

In grapevines, the young leaf tissue provides enough surface area to be sprayed with substances that can alter metabolism. Various effects have been described for this, ranging from increasing certain ions (e.g. K+ ions), increasing the protein content and preventing ice nucleation through microbial modification.

Of the substances used, the following substances were able to achieve improved frost resistance: Urea, Crop Aid, NaHCO3, Syneco AF 5, Zn-Chelate, Super fifty. The extent of the protective effect varied and is only a narrow range of about 1°C. All other substances used (Genol Antifreeze, Regalis Plus, Fertileader Vital, Fruchtkalk, PK Fit, Basfoliar Aktiv, Radam Extra 250, Hortisul, Cocana, Kumar, Myco Sin Vin, Prestop, Fuguran Progress, Cutisan, Sojall Vitana, Kali Wasserglas, Prev B, Veganofluid and Megafol) could not develop a sufficient effect under the given conditions.

Bei Reben bietet das junge Blattgewebe genug Oberfläche, um mit Substanzen besprüht zu werden, die den Stoffwechsel verändern können. Dazu wurden verschiedene Effekte beschrieben, die von Erhöhung bestimmter Ionen (z.B. K+ Ionen), Erhöhung des Proteingehaltes und Verhinderung der Eisnukleation durch mikrobielle Veränderung ausgehen.

Von den eingesetzten Substanzen konnten folgende Substanzen eine verbesserte Frostwiderstandsfähigkeit erreichen: Harnstoff, Crop Aid, NaHCO3, Syneco AF 5, Zn-Chelat, Super fifty. Das Ausmaß der Schutzwirkung war unterschiedlich und beträgt nur einen schmalen Bereich von ca. 1°C. Alle anderen eingesetzten Substanzen (Genol Antifreeze, Regalis Plus, Fertileader Vital, Fruchtkalk, PK Fit, Basfoliar Aktiv, Radam Extra 250, Hortisul, Cocana, Kumar, Myco Sin Vin, Prestop, Fuguran Progress, Cutisan, Sojall Vitana, Kali Wasserglas, Prev B, Veganofluid und Megafol) konnten keine ausreichende Wirkung unter den gegebenen Bedingungen entwickeln.

The use of paraffin candles has been tried and tested over many years and the application and lighting of the candles are organised in efficient work processes. The candles are spread and placed in the rows of trees so that they do not interfere with necessary work in the tramline. Before a frosty night, they are then placed in the tramline to save time later in the night and enable faster lighting. A similar approach was taken with the stoves. However, the stoves are placed in the tramline before a predicted night of frost and filled with wood pellets. The filling process takes an enormous amount of time. The 15 kg bags used in the trial proved to be impractical. The physical strain of filling is too high, and filling several hundred stoves is too strenuous and time-consuming. Furthermore, frost nights cannot always be predicted with complete certainty. If there is no frost, the filled stoves are in the way and obstruct other work in the orchard. At the same time as the frost season, plant protection applications are often necessary, and these must be carried out in good time, especially in organic orchards. If the ovens are then in the tramline, this is not possible. The candles and ovens are only lit when needed. Candles can simply be steamed out with the lid in the morning when temperatures rise. This is not possible with the stoves, which must always burn out fully.

Der Einsatz von Paraffinkerzen ist über Jahre erprobt und die Ausbringung bzw. das Entzünden sind in effizienten Arbeitsabläufen organisiert. Die Kerzen werden ausgebracht und in die Baumreihen gestellt, damit sie in der Fahrgasse bei notwendigen Arbeiten nicht stören. Vor einer Frostnacht werden sie dann in die Fahrgasse gestellt, um später in der Nacht Zeit zu sparen und schnelleres Entzünden zu ermöglichen. Bei den Öfen wurde ähnlich vorgegangen. Die Öfen werden aber vor einer prognostizierten Frostnacht in die Fahrgasse gestellt und mit Holzpellets befüllt. Die Befüllung stellt einen enormen Zeitaufwand dar. Die im Versuch eingesetzten 15 kg Säcke erwiesen sich als unpraktikabel. Die körperliche Belastung beim Befüllen ist zu hoch, das Befüllen von mehreren hundert Öfen zu anstrengend und zeitaufwändig. Des Weiteren können Frostnächte nicht immer mit voller Sicherheit prognostiziert werden. Wenn kein Frost eintritt, stehen die befüllten Öfen im Weg und behindern andere Arbeiten im Obstgarten. Zeitgleich mit der Frostsaison sind auch oftmalige Pflanzenschutzanwendungen erforderlich, diese müssen gerade im Bio-Obstbau zeitgerecht durchgeführt werden. Stehen dann die Öfen in der Fahrgasse, ist dies nicht möglich. Die Kerzen und Öfen werden erst bei Bedarf entzündet. Kerzen kann man am Morgen, bei steigenden Temperaturen, einfach mit dem Deckel wieder ausdämpfen. Das ist bei den Öfen nicht möglich, die müssen immer voll ausbrennen. 

As an experiment, sensors were positioned on an area under a hail net and without a hail net and paraffin candles of the same type and at the same distances were placed on both areas.

The weather sensors, which were additionally protected with a net, show a clearly higher temperature trend towards the net-protected area. The sensors show an effect that is up to 5°C higher than the control and thus around 1 to 1.5°C better than without the net.

Als Versuch wurden auf einer Fläche unter einem Hagelnetz und ohne Hagelnetz Sensoren positioniert und auf beiden Flächen Paraffinkerzen des gleichen Typs und in gleichen Entfernungen aufgestellt.

Die Wettersensoren, welche mit Netz zusätzlich geschützt waren, zeigen einen eindeutiger höheren Temperaturtrend zum netzgeschützten Bereich. Die Sensoren zeigen einen bis zu 5°C höheren Effekt zur Kontrolle und somit um rd. 1 bis 1,5°C besseren Effekt als ohne Netz.

Heating wires against late frost were installed in a 1.5 ha Pinot Noir vineyard in 2018. Due to the location in the city, the power supply could be covered. The high acquisition and preparation costs justify the quick deployment and fixed installation in "valuable" locations, but the energy costs and the basic electricity connection have to be included in the decision due to the high consumption. In addition, there is no regular maintenance. One person can manage the nightly operation for the large vineyard area.

The further the sensor was removed from the heating wire, the more similar the temperature was to the zero variant. The first results clearly showed that, especially when it comes to a border area in the minus range, this could be an effective method. At the same time, however, it is also shown that with a shoot length of more than 5 cm, the value is similar to the control variant and the effect of prevention will decrease significantly.

In einer 1,5 ha großen Pinot Noir-Riede wurden im Jahr 2018 Heizdrähte gegen den Spätfrost installiert. Durch die Lage in der Stadt konnte die Stromversorgung abgedeckt werden. Die hohen Anschaffungs- und Vorbereitungskosten rechtfertigen den schnellen Einsatz und die fixe Installation in „wertvollen“ Lagen, jedoch sind die Energiekosten und der grundsätzliche Stromanschluss aufgrund der hohen Verbräuche in die Entscheidung einzubeziehen. Außerdem gibt es keine regelmäßigen Wartungsarbeiten. Den nächtlichen Einsatz für die große Rebfläche kann eine Person bewerkstelligen.

Je weiter der Sensor vom Heizdraht entfernt wurde, desto ähnlicher zeigt sich die Temperatur zur Nullvariante. Die ersten Ergebnisse zeigten eindeutig, dass es, gerade wenn es sich um einen Grenzbereich im Minusbereich handelt, um eine wirkungsvolle Methode handeln könnte. Gleichzeitig wird aber auch dargestellt wird, dass bei einer Trieblänge von über 5 cm der Wert ähnlich der Kontrollvariante ist und die Wirkung der Prävention signifikant abnehmen wird.

One way to achieve frost protection in viticulture is to supply heat by burning biogenic fuels. Consequently, the damage to the vines can be reduced or even avoided by means of heating. This depends above all on when frost strikes during vegetation development and how low the temperatures drop. In a test vineyard, one oven was placed on 36m2 , so that about 270 ovens per ha would have to be estimated. Within the framework of the project, 3 types, i.e. one improvement variant per year, were developed and the temperature measured.

All 3 types of stoves were able to increase the measured ambient temperature by about 1°C when burning biogenic fuels. In this specific case, wood chips were less productive than pellets and briquettes. In addition, wood chips are not a standardised good. In any case, the temperatures measured at the surface of the stove showed the highest values for the briquettes and the lowest for the wood chips. A possible explanation could also be the favourable air supply for the briquettes. More air (oxygen) also means faster combustion and higher heat in a shorter time. However, the briquettes caused the most problems with the ignition of the biomass. While wood chips and pellets burned continuously after igniting once, it happened that ignited briquettes went out again.

Eine Möglichkeit Frostschutz im Weinbau zu bewirken, kann über die Zufuhr von Wärme über das Verbrennen von biogenen Brennstoffen erfolgen. Folglich kann mittels Beheizung die Schädigung der Reben verringert oder sogar vermieden werden. Dies hängt vor allem davon ab, wann in der Vegetationsentwicklung der Frost zuschlägt und wie tief die Temperaturen absacken. In einem Versuchsweingarten wurde ein Ofen auf 36m2 platziert, sodass in etwa 270 Öfen pro ha zu veranschlagen wären. Im Rahmen des Projektes wurden 3 Typen d.h. jährlich eine Verbesserungsvariante entwickelt und die Temperatur gemessen.

Alle 3 Ofentypen konnten beim Abbrennen von biogenen Brennstoffen die gemessene Umgebungstemperatur um ca. 1°C steigern. Dabei waren im konkreten Fall die Hackschnitzel weniger ergiebig als Pellets und Briketts. Hinzu kommt, dass Hackgut kein standardisiertes Brenngut darstellt. Die gemessenen Temperaturen an der Oberfläche des Ofens ergaben jedenfalls die höchsten Werte für die Briketts und die geringsten für das Hackgut. Eine mögliche Erklärung könnte auch die günstige Luftzufuhr bei den Briketts sein. Mehr Luft (Sauerstoff) bedeutet auch eine raschere Verbrennung und höhere Wärme in kürzerer Zeit. Allerdings machten die Briketts am meisten Problemen mit der Entzündung der Biomasse. Während Hackgut und Pellets nach einmaliger Entzündung kontinuierlich abbrannten, kam es vor, dass entzündete Briketts wieder verloschen.

In the years 2018 to 2022, bud break delay trials with a rapeseed oil product were carried out at nine locations with seven grape varieties in Styria.

The field trials showed a wide range of variation in the delay in bud break achieved: from no delay to a maximum of 11 days delay in relation to the average vegetation stage. The reasons for the varying effectiveness are not clearly identifiable, partly because interactions between variety, location and year may exist. The different degrees of reaction to the oil treatments are clearly variety-specific, both in terms of the delays achieved and in terms of phytotoxic reactions. Due to the lack of delay effect, oil application is generally not very useful for some varieties (e.g. Pinot Blanc). For other varieties (e.g. Sauvignon blanc, Welschriesling) there is less need for delaying bud break. For some early-growing varieties, however, oil application can be an option for particularly endangered areas. For some varieties, such as Muskateller, one treatment may be sufficient. The results of the trial series show a large variance over the years for the variety Blauer Wildbacher. 

In den Jahren 2018 bis 2022 wurden an neun Standorten mit sieben Rebsorten in der Steiermark Austriebsverzögerungsversuche mit einem Rapsölprodukt durchgeführt.

Die Freilandversuche zeigten eine hohe Schwankungsbreite hinsichtlich der erreichten Austriebsverzögerung: von keiner Verzögerung bis maximal 11 Tage Verzögerung bezogen auf das durchschnittliche Vegetationsstadium. Die Ursachen für die unterschiedliche Wirksamkeit sind nicht eindeutig identifizierbar, unter anderem auch, da Interaktionen zwischen Sorte, Standort und Jahr bestehen können. Die unterschiedlich starken Reaktionen auf die Ölbehandlungen zeigen sich klar sortenspezifisch, sowohl hinsichtlich der erreichten Verzögerungen als auch in Bezug auf Phytotoxreaktionen. Aufgrund des mangelnden Verzögerungseffektes ist die Ölapplikation für einige Sorten (beispielsweise Weißburgunder) generell wenig sinnvoll. Für andere Sorten (beispielsweise Sauvignon blanc, Welschriesling) ist wiederum die Notwendigkeit weniger gegeben. Für einige, frühaustreibende Sorten kann die Ölapplikation jedoch eine Möglichkeit für besonders gefährdete Flächen sein. Bei einzelnen Sorten, beispielsweise Muskateller, könnte dabei bereits eine Behandlung ausreichend sein. Die Ergebnisse der Versuchsreihen zeigen, dass bei der Sorte Blauer Wildbacher eine große Varianz über die Jahre festgestellt wurde. 

In order to delay sprouting, oil was applied to a two-hectare Grüner Veltliner vineyard in Langenlois using a Lipco recycling tunnel sprayer, which is also used for classical plant protection. The product used was Schädlingsfrei Obst und Gemüse Konzentrat (pest-free fruit and vegetable concentrate). The approval for Pest-Free Fruit and Vegetable Concentrate specifies 20 litres of product per hectare per 200 litres of water per hectare. This also achieves the 10 % recommended concentration. In order to optimise wetting due to the lack of leaf mass, the driving speed has been halved to 3.5 km/h. This is particularly difficult in this case.

Not only the selection of the time of application is considered particularly difficult here, but also the selection of the concentration. Due to the randomised experimental set-up, five variants (2 x 10%, 1 x 10 and 1 x 15%, 1 x 15 and 1 x 10%, 2 x 15%) with four repetitions each could be applied.

In both trial years, the respective variants of the control were distinguishable. A delay in sprouting of more than one week is possible. The effort and the use of resources are moderate.

Mit dem Ziel den Austrieb zu verzögern wurde in einem über zwei Hektar großen Praxisversuch Grüner Veltliner Weingarten in Langenlois Öl mit einer Lipco Recycling-Tunnelspritze, welche auch für den klassischen Pflanzenschutz eingesetzt wird, appliziert. Als eingesetztes Mittel wurde das Schädlingsfrei Obst und Gemüse Konzentrat verwendet. Bei der Zulassung von Schädlingsfrei Obst und Gemüse Konzentrat sind 20 Liter Mittel pro Hektar auf 200 Liter Wasseraufwandmenge pro Hektar vorgegeben. Damit wird auch die 10 % empfohlene Konzentration erreicht. Um die Benetzung aufgrund der fehlenden Blattmasse zu optimieren wurde die Fahrgeschwindigkeit auf 3,5 km/h halbiert.

Als besonders schwierig gilt hier nicht nur die Auswahl des Zeitpunkts der Ausbringung, sondern auch die Auswahl der Konzentration. Durch die randomisierte Versuchsaufstellung konnten fünf Varianten (2 x 10%-ig, 1 x 10  und 1 x 15%-ig, 1 x 15 und 1 x 10%ig, 2 x 15%ig) mit jeweils vier Wiederholungen angewendet werden.

In beiden Versuchsjahren waren die jeweiligen Varianten der Kontrolle unterscheidbar. Eine Verzögerung des Austriebs von über einer Woche ist möglich. Der Aufwand und der Einsatz von Ressourcen sind im moderaten Maße.

Other activities delaying budbreak carried out were related to the use of vegetable oil (Micula oil (Biohelp) at a concentration of 10% in water) to delay bud break in grapevines. Specifically, the study was conducted under controlled and semi-controlled conditions (greenhouse) on Grüner Veltliner and Zweigelt. The experiment consisted of applying the oil at different times (i.e. 30, 15 and 0 days) before and 7 days after the plants were positioned in the greenhouse (and thus the conditions for bud break were met). The results show that no negative effects (e.g. phytotoxicity, bud necrosis) are observed as long as the oil is applied before bud break. In addition, the extent of bud break delay seems to be related to temperatures (the warmer, the faster bud break occurs, which in turn reduces the effect of the oil treatment) and genotype (in our case Zweigelt resulted in a greater bud break delay compared to Grüner Veltliner). A practical trial to delay sprouting was carried out in a Grüner Veltliner vineyard of over two hectares in Langenlois with oil applied with a Lipco recycling tunnel sprayer, which is also used for classical plant protection.

Weitere durchgeführte Aktivitäten von Austriebsverzögerungen standen im Zusammenhang mit der Verwendung von Pflanzenöl (Micula-Öl (Biohelp) in einer Konzentration von 10 % in Wasser) zur Verzögerung des Knospenbruchs bei Weinreben. Im Einzelnen wurde die Studie unter kontrollierten und semi-kontrollierten Bedingungen (Gewächshaus) an Grünem Veltliner und Zweigelt durchgeführt. Der Versuch bestand in der Anwendung des Öls zu verschiedenen Zeitpunkten (d.h. 30, 15 und 0 Tage) vor und 7 Tage nachdem die Pflanzen im Gewächshaus positioniert wurden (und somit die Bedingungen für den Knospenaufbruch erfüllt waren). Die Ergebnisse zeigen, dass keine negativen Auswirkungen (z. B. Phytotoxizität, Knospennekrose) zu beobachten sind, solange das Öl vor dem Knospenbruch angewendet wird. Darüber hinaus scheint das Ausmaß der Verzögerung des Knospenaufbruchs mit den Temperaturen (je wärmer, desto schneller erfolgt der Knospenaufbruch, was wiederum die Wirkung der Ölbehandlung verringert) und dem Genotyp (in unserem Fall führte Zweigelt zu einer größeren Verzögerung des Knospenaufbruchs im Vergleich zu Grüner Veltliner) zusammenzuhängen. Ein Praxisversuch den Austrieb zu verzögern wurde in einem über zwei Hektar großen Grüner Veltliner Weingarten in Langenlois mit Öl mit einer Lipco Recycling-Tunnelspritze, welche auch für den klassischen Pflanzenschutz eingesetzt wird, appliziert.

As long as the bud is still covered with wool, the protection is sufficient up to approx. -4°C. As soon as the green leaves appear, the limit drops to about -2°C and a fully developed shoot with splayed leaves can tolerate a maximum of -1°C over a longer period of time. In addition, factors such as soil conditions, grape variety, humidity, etc. must be taken into account. Consequently, delaying budbreak can reduce or even avoid damage to the vines. This depends above all on when in the vegetation development the frost strikes and how low the temperatures drop and persist. The disadvantage is that the measures have to be taken as prophylaxis and the effort (two applications) is already incurred without knowing whether it would actually be necessary. Despite testing numerous substances in different concentrations that could be considered for sprouting retardation, satisfactory retardation effects could only be achieved with oil derivatives. 

Solange die Knospe noch mit Wolle bedeckt ist, reicht der Schutz bis zu ca. -4°C. Ab dem Erscheinen von Blattgrün fällt die Grenze auf ca. -2°C und ein ganz entwickelter Trieb mit abgespreizten Blättern verträgt maximal -1°C über längere Zeit. Dazu kommen noch Faktoren wie Bodenverhältnisse, Rebsorte, Luftfeuchte usw. Folglich kann die Austriebsverzögerung die Schädigung der Reben verringern oder sogar vermeiden. Dies hängt vor allem davon ab wann in der Vegetationsentwicklung der Frost zuschlägt und wie tief die Temperaturen absacken und andauern. Nachteilig ist, dass die Maßnahmen als Prophylaxe gesetzt werden müssen und der Aufwand (zweimalige Applikation) dafür schon entsteht ohne zu wissen ob er tatsächlich nötig wäre. Trotz Erprobung zahlreicher Substanzen in verschiedenen Konzentrationen, die für eine Austriebsverzögerung in Frage kommen, konnten zufriedenstellende Verzögerungseffekt nur mit Öl Derivaten erreicht werden. 

For fruit and wine-growing enterprises, a user-oriented information retrieval option on the existing and developing frost weather situation is indispensable. Small-regional weather data were collected and combined with weather data from numerical weather prediction models (GeoSphere Austria/ ZAMG) optimizing the forecast skill. The information about measurements and forecasts was available via APP. Based on individual user settings alarm messages were provided via SMS, email and browser. The integration of real-time data into a statistically optimized forecast model (meta-forecast developed at GeoSphere Austria) was put into production in spring 2021. A first significant improvement in forecast quality could be achieved in the first season compared to the usual reference, the INCA model. In the 2022 frost season an additional forecast model (EMOS) was set up for selected stations. This test position has shown its potential, even though there is still room for improvement. In general, the results show that an improvement can be achieved by taking measured data into account and the forecast quality increases in particular through the integration of longer measurement time series. Crucial for the forecast skill is the quality of the measurement data. Several drawbacks of the used configuration have been documented and should be considered in continuing studies (e.g. availability, standardized measurement configuration, meta data information).

Für Obst- und Weinbaubetriebe ist eine anwenderorientierte Informationsabfragemöglichkeit über die vorhandene und sich entwickelnde Frostwetterlage unabdingbar. Dafür wurden kleinregionale Wetterdaten in Echtzeit erhoben und “intelligent” mit unterschiedlichen Prognosemodellen kombiniert. Ergebnis waren maßgeschneiderte Wetterprognosen für das Stationsnetz der ARGE FrostStrat im Stundentakt, welche über eine APP den Nutzer zur Verfügung gestellt wurden. Basierend auf individuellen Nutzereinstellungen erfolgten Alarmierungsmeldungen über SMS, Email und Browser.

Die Einbindung von Echtzeitdaten in ein statistisch optimiertes Prognosemodell der GeoSphere Austria wurde im Frühjahr 2021 in Produktion geschalten. Bereits mit der Implementierung der an der GeoSphere Austria entwickelten sogenannten Meta-Prognose wurde eine deutliche Verbesserung der Prognosequalität gegenüber der üblichen Referenz dem Nowcasting-Modell INCA erreicht. Um eine weitere Verbesserung zu erzielen wurde in der Frostsaison 2022 für ausgewählte Stationen ein weiteres Prognosemodell eingerichtet. Die Teststellung „EMOS Prognosen“ hat ihr Potential gezeigt, wenngleich durchaus noch Raum für Verbesserungen gegeben ist.

Grundsätzlich zeigt sich, dass sich durch die Berücksichtigung von Messdaten eine Verbesserung erzielen lässt und insbesondere durch die Integration von längeren Messzeitreihen die Prognosegüte zunimmt. Essentiell dafür ist jedoch die Qualität der Messdaten. Hier besteht Optimierungsbedarf, welcher, basierend auf den im Projekt gesammelten Erfahrungen, dokumentiert wurde (z.B. Datenverfügbarkeit, standardisierte Messkonfigurationen, Verfügbarkeit von Metadaten,…).

In the project it could be shown that the usual 10-minute weather data determination (arithmetic mean) conveys a flattening of the weather data and thus to the raw data measured at shorter intervals a weakened frost development.

In climatic studies, weather data are often measured at a standardised height of 2 m in order to achieve a certain homogeneity among the stations. However, this mounting height of the stations does not correspond to the actual late frost height, e.g. in viticulture, as the shoots occur at around 80 cm. For this reason, different mounting heights were chosen and it was found that a temperature difference of up to 1.5 °C can occur between 80 cm and 200 cm. A central question for measuring temperatures in vineyards and orchards is how many sensors are necessary for topographical differences. For this purpose, around 300 sensors were set up and values measured in vineyards and orchards known to be at risk of frost in Lower Austria, Burgenland and Styria. In a first data analysis, the distance of 250 m between the sensors can be assumed as a "rule of thumb" for calculating the number of sensors for a temperature detection of 0.2°C differences. If the height difference exceeds 8.8 m at a distance of 250 m, this is reduced proportionally.

For statements in practice, further data analyses are still required, which should include even more criteria and time periods.

Im Projekt konnte gezeigt werden, dass die übliche 10-minütige Wetterdatenermittlung (arithmetisches Mittel) eine Verflachung der Wetterdaten und somit zu den in kürzerem Abstand gemessenen Rohdaten eine abgeschwächte Frosteintrittsentwicklung vermittelt.

Bei klimatischen Untersuchungen werden häufig Wetterdaten standardisiert auf 2m Höhe gemessen, um eine gewisse Homogenität unter den Stationen zu erreichen. Diese Montagehöhe der Stationen entspricht aber z.B. im Weinbau nicht der tatsächlichen Spätfrosthöhe, da die Austriebe auf rd. 80 cm erfolgen. Aus diesem Grunde wurden unterschiedliche Montagehöhen gewählt und festgestellt, dass zwischen 80 cm und 200 cm ein Temperaturunterschied bis zu 1,5 °C auftreten kann. Eine zentrale Fragestellung zur Messung der Temperaturen in Weingärten und Obstanlagen ist, wie viele Sensoren bei topografischen Unterschieden notwendig sind. Dafür wurden in Niederösterreich, Burgenland und Steiermark in bekannten frostgefährdeten Weingärten und Obstanlagen rd. 300 Sensoren aufgestellt und Werte gemessen. In einer ersten Datenanalyse kann als „Daumenregel“ zur Berechnung der Anzahl an Sensoren für eine Temperaturerfassung von 0,2°C Unterschiede der Abstand von 250 m zwischen den Sensoren angenommen werden. Übersteigt die Höhendifferenz 8,8 m bei einem Abstand von 250 m, vermindert sich dieser verhältnismäßig. Für Aussagen in der Praxis sind noch weitere Datenanalysen erforderlich, die noch weitere Kriterien und Zeiträume umfassen sollen.

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