Herbizide und Pflanzenphysiologie

• Notwendigkeiten und Geschichtliches• Zulassung• Herbizide – Wirkstoffklassen- Physiologie• Toleranz und Resistenz• Verbleib in der Umwelt

Prof. Dr. Peter Schröder, Dipl. Ing. Georg Gerl, Abteilung Mikroben Pflanzen Interaktionen, Helmholtz Zentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH, Neuherberg

Angst vor der Landwirtschaft

Malthus und die Folgen…

Grenzen des Wachstums

Scenario 10 - Sustainability• In Scenario 10 people in the simulated world decide on an

average family size of two starting in 1995, and they have available effective birth control technologies. They also set themselves a consumption limit.

• When every family attains roughly the material standard of living of present-day Europe, it says "enough" and turns its attention to achieving other, nonmaterial goals.

• Furthermore, starting in 1995, this world puts a high priority on developing and implementing technologies that increase the efficiency of resource use, decrease pollution emissions, control land erosion, and increase land yields.

Nutzpflanzen und „Unkräuter“

• 160 Nutzpflanzenarten

• 0,06 % der Gesamtflora

• 12 der wichtigsten Arten aus 5 Pflanzenfamilien

• Stellen 75 % der globalen Nahrung

• 250 Unkrautarten • 0,1 % der Gesamtflora• 70 % der Arten in 12

Pflanzenfamilien• 40 % Gräser und

Korbblütler• Familien identisch

Unkräuter sind Pflanzen ohne direkten wirtschaftlichen Nutzen für den Menschen, diein Plantagen mit Nutzpflanzen um Ressourcenkonkurrieren, den Ertrag herabsetzen, die Erntebehindern oder die Qualität mindern.

Globalisierung ?

Der Krieg ist der Vater aller Dinge...

Neophyt: FranzosenkrautGalinsoga parvifloraG. ciliataAus Botanischen Sammlungen ...als Kontamination in Pferdefutter

Ähnlich: Kastanie eingewandert durch Römische Besetzung v. Chr.

Wichtig: Geschwindigkeit der Ausbreitung anthropogenunterstützt

Neophytist eine Pflanze, die ab dem Jahre 1492 nach Mitteleuropa gelangt ist. Die Jahreszahl mutet auf den ersten Blick etwas kurios an. Mit der Entdeckung (oder Wiederentdeckung?) Amerikas durch Columbus beginnt aber der transkontinentale Schiffsverkehr und damit die bewusste Einführung und die unbeabsichtigte Einschleppung von Arten entfernter Kontinente. Eingeschleppte Arten, die an das mitteleuropäische Klima nur schlecht angepasst sind, treten meist nur vorübergehend auf (Ephemerophyten). Manche Arten können sich nur auf naturfernen Standorten behaupten (Industriophyten). relativ wenige Arten schaffen es, in mehr oder weniger natürliche Biotope einzudringen (Agriophyten).

ArchäophytenArchäophyten sind bereits seit prähistorischer oder frühester historischer Zeit in einem Gebiet eingebürgerte Pflanzen. Die meisten Arten wurden mit dem Ackerbau und den größeren Siedlungen seit der Jungsteinzeit eingeschleppt bzw. eingebürgert. Dazu zählen viele Kulturpflanzen wie Weizen oder Wein sowie die meisten Ackerunkräuter (Kornblume etc.). Aber auch Baumarten wie Esskastanie (Castanea sativa) undWalnuss (Juglans regia) wurden schon zur Römerzeit in klimatisch begünstigten Gebieten Deutschlands kultiviert und werden heute nur noch von den wenigsten Menschen als „Fremdländer“ empfunden.

http://www.rz.uni-karlsruhe.de/~botanik/bex-neol.html

Name deutscher Name Familie ursprüngliche Heimat Besonderheiten

Acer negundo Eschenahorn Aceraceae Nordmaerika teilw. in Auenwäldern eigebürgert

Ailanthus altissima Götterbaum Simaroubaceae Ostasien Parkbaum, gern verwildernd

Aristolochia clematitis Osterluzei Aristolochiaceae Mittelmeergebiet ehemalige Heilpflanze,

Kulturrelikt, Weinbaugebiete

Armoracia rusticana Meerrettich Brassicaceae SO-Europa bei uns keine Samenbildung!

Buddleja davidii Sommerflieder Buddlejaceae ChinaZierpflanze; oft auf warmen Ruderalflächen verwildert; sehr beliebt bei Schmetterlingen

Conyza canadensis Kanadisches Berufkraut Asteraceae Nordamerika im 17.Jhdt. eingeschleppt,

Ruderalpflanze

Datura stramonium Stechapfel Solanaceae südliches Nordamerika

halluzinogen; früher für sog. Asthmazigarren verwendet.

Echinochloa crus- galli Hühnerhirse Poaceae ? weltweit verschleppt

Echinops sphaerocephalos Kugeldistel Asteraceae Südeuropa

an trocken-warmen Stellen eingebürgerte Bienenfutterpflanze

Elodea canadensis Elodea nuttallii Wasserpest Hydrocharitaceae Michigan

Anfänglich Massenentwicklung (E. c.) bis zur Blockade von Wasserwegen; später (ab ca. 1900) ökologisch "eingefügt"

Eranthis hyemalis Winterling Ranunculaceae Südeuropa in Weinbergen verwildert; blüht schon im Februar

Galinsoga parviflora Franzosenkraut Asteraceae Südamerika angeblich von Napoleons

Truppen eingeschleppt

Helianthus tuberosus Topinambur Asteraceae Nordamerika

essbare Wurzelknolle (Inulin), Schnapsherstellung; in Baden teilw. verwildert;

Heracleum mantegazzianum Herkulesstaude Apiaceae Kaukasus

bis 2,5 m hohe Blütensprosse, giftig (übelste Hautausschläge!) durch Furokumarine

Impatiens glandulifera

drüsiges oder indisches Springkraut

Balsaminaceae SüdasienMassenbestände an Bachufern, "Bauernorchidee"

Impatiens parviflora

kleinblütiges Springkraut Balsaminaceae NO-Asien

1837 aus einem Berliner Botanischen Garten verwildert

Juncus tenuis Zarte Binse Juncaceae Nordamerika

Klebsame; von den Indianern als "Spur des Weißen Mannes" bezeichnet, da nur auf Waldwegen auftretend.

Lupinus polyphyllus Lupine Fabaceae Nordamerika durch bittere Alkaloide

giftig

Matricaria discoidea

strahlenlose Kamille Asteraceae Nordamerika

als Heilpflanze eingeführt; 1852 aus Berlin-Schöneberg entwichen

Mercurialis annua einjähriges Bingelkraut Euphorbiaceae Mittelmeergebiet

wärmeliebend, Blaufärbung der Milch / Rotfärbung des Urins bei Vieh (nicht giftig!)

Oenothera biennis Nachtkerze Onagraceae NordamerikaSeit 1619 in Europa, aber Arten von den NA Eltern verschieden (Artbildung!). Genetisch turbo-interessant.

Ornithogalum umbellatum Doldiger Milchstern Liliaceae Mittelmeerraum Weinberge, Feldwegränder

Oxalis fontana Europäischer Sauerklee Oxalidaceae Nordamerika gelbblühend, Schlafstellung

der Blattfiedern b Starklicht

Phacelia tanacetifolia Büschelschön Hydrophyllaceae KalifornienZierpflanze und Bienen-weide; an warmen Stellen jetzt häufig verwildert

Physalis alkekenghi Blasenkirsche, Lampionblume Solanaceae Südamerika in warmen Lagen (Wein-

berge); Früchte essbar

Reynoutria japonica / sachalinensis Staudenknöterich Polygonaceae Ostasien

Problempflanze an Bachufern, bis 3 m hoch, vegetativ durch Rhizomteile, Ausrottung schwierig

Robinia pseudoacaciaRobinie Scheinakazie Falsche Akazie

Fabaceae NordamerikaStipulardornen; Pionierge- hölz; benannt nach dem Pariser Gärtner Robin

Senecio inaequidens Schmalblättriges Greiskraut Asteraceae Südafrika

langer Weg durch ganz Afrika; 1. dt Vorkommen bei Bremen; mittlerweile an Mitteleuropa angepasst.

Solidago gigantea S. canadensis

Riesengoldrute Kanad. Goldrute Asteraceae Nordamerika verbreitete sehr ausdau-ernde

Pioniere auf Brachen

Veronica persica Persischer Ehrenpreis Scrophulariaceae wo wohl? Aus dem botanischen Garten in Karlsruhe geflüchtet (1805)

Charakteristika erfolgreicher Unkräuter

• Physiologie• Rasches Wachstum• Spross und Wurzel

gleichermaßen• Hohe

Photosyntheseleistung• Vegetativ > reproduktiv• Rasche Akklimatisierung

an wechselnde Umweltbedingungen

• Reproduktion• Selbstbefruchtend• Hohe Samenproduktion• Stets Blütenbildung• Windblütler• Keine Insektenspezifität

• Agronomie• Ähnlichkeit zur

Nutzpflanze• Samenreife bei Ernte• Herbizidresistenz• Vegetative Regeneration• Lange Keimfähigkeit• Keimung übers Jahr

möglich

Die Evolution der Unkräuter hatnicht stattgefunden unter dem Druck der Herbizide,vielleicht unter dem Druck des Ackerbaus (Neolithikum)sicher aber als natürliche Auslese in Kompetition um Lebensraum und Reproduktion

Chemischer Pflanzenschutz• Erste Ansätze im 19. Jahrhundert (anorganische Chemikalien:

Kalk, Eisensulfat, Schwefelsäure, Kupfersulfat, Natriumchlorat, ätzende Düngemittel [Hederichkaninit, Kalkstickstoff])

• Erstes organisches Herbizid: DNOC (4,6-Dinitro-o-cresol)• 40er Jahre: 2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyessigsäure), MCPA (2-

Methyl-4-chlorophenoxyessigsäure)• Nach dem 2. Weltkrieg rasche Zunahme der Produktpalette

50 % der weltweit verwendeten Pflanzenschutzmittel sind Herbizide

Herbizideinsatz in Kulturen:Getreide 80 – 95 % Rüben, Mais: 100 % Raps: 80-95 %Kartoffel: ca. 30 % Obstbau: ca. 60 % Grünland ca. 5 %Wald/Forst: ca. 1 %

Herbizid-Klassifizierung (HRAC)• A Inhibitoren der Lipidbiosynthese• B Inhibitoren der verzweigtkettigen Aminosäuren• C Photosystem II-Inhibitoren• D Photosystem I-Inhibitoren (Entkoppler)• E Protoporphyrinogen-oxidase Inhibitoren• F Inhibitoren der Pigment-Biosynthese• G EPSP-Synthase Inhibitoren• H Glutamin-Synthase Inhibitoren• I DHP Inhibitoren• K Zellteilungs-Hemmer• L Inhibitoren der Cellulosesynthese• M Entkoppler• N ACCase Inhibitoren• O Synthetische Auxine• P Auxin-Transport-Inhibitoren• Z Unbekannte Targets

Künstliche Auxine

Erste Herbizide: DNOC und 2,4-D

DNOC als Insektizid patentiertHerbizide Wirksamkeit erkanntParallele Synthesen führen zu 2,4-D1942 als Warfare agent....1945 Einführung als Herbizid

Phenoxyessigsäuren

Phenoxyessigsäuren sind Hormonanaloga

Wirkung künstlicher Auxine

Protonenausstrom nach Auxinbehandlung

Schwergewichte in der Wurzel

Gravitropismus

• Statolithenstärke dient der Vermittlung des Schwerereizes

• Stärkekörner lagern auf dem ER. Aber: kein Schwerereiz, sondern anderes Signal

• ER verändert die Abgabe von Metaboliten:Auxin?• Unterbrechung des Protonentransports in die

Wand• Wachstumsstop auf der „Unterseite“

Wirkungsweise der Auxine

Rezeptor für Auxin (ABP)

Phenoxyessigsäure - Entgiftung

Hormone:Geringe WirkkonzentrationenHohe Spezifität am RezeptorRasche WirkungSchnelle Reaktivierung des Rezeptors

Künstliche Auxine:Hohe Aufwandsmenge Hohe SpezifitätMetabolismus ist reversibel

Künstliche Auxine und Aufwandsmengen

Chemistry replaces the hoe!

• Pro US $ Ausgaben für Herbizide 5 $ Gewinn• Arbeitszeitersparnis: 1 Std statt 6 Std pro Hektar• In Europa: Mangel an Arbeitskräften • Erhöhung der Ertragssicherheit• Industrielle Revolution: alles ist möglich• Technologiegläubigkeit• Aber: DNOC-Vergiftungen, Agent Orange…• Aber…..

MischungenUnkraut MCPA

1945Mecoprop

1957Dichlorprop

1961Clopyralid

1975Dicamba +Mecoprop

+MCPA

Benazolin +

clopyralid

Quinmerac1985

Sinapis arvensis S S S S SCapsella bursa-pastoris S S S S SChenopodium album S S S S SGalium aparine R S S S S SStellaria media R S S S SPolygonum lapathifolium R R S S SPolygonum persiaca R R S S SBilderdykia convolvulus R R S S STripleurospermum maritimum R R R S S SCirsium arvense R R S S R S

Veronica hederifolia R R R R R SLamium purpureum R R R R S S

Martin 1987

Integrierter Pflanzenschutz

Schema des Integrierten Pflanzenschutzes

Integrierter Pflanzenschutz bedeutet:

Alle Schadensbegrenzungsfaktorensind auszunutzen, um die Schaderregerunter der wirtschaftlichenSchadensschwelle zu halten.

Verfahrensweisen:

• biologisch• biotechnisch

• anbau- und kulturtechnisch

• physikalisch (z. B. mechanisch, thermisch)

• chemisch (Pflanzenschutzmittel)

• pflanzenzüchterisch

1.10FachbeiratNaturhaushalt

Wirtschaftliche Schadensschwelle/1

Schadensschwelle entscheidetüber eine Bekämpfungsmaßnahmez. B. bei Ungräsern bzw. Unkräutern

Befallsstärke von Schaderregernbzw. Grad der Verunkrautung,die gerade noch geduldetwerden können

Bekämpfungsmaßnahmen nur, wenn die zu erwartenden Verluste höher sind als die Kosten

–Verbesserung der Wirtschaftlichkeit–Umweltschonung–Ertragssicherung–Produktqualität

–Schaderregerdichte

–Schadenshöhe

–Bekämpfungskosten

Ermittlung der:

Ziel der Schwellenwertermittlung:

1.11FachbeiratNaturhaushalt

Getreide

1

Wirtschaftliche Schadensschwelle/2

1.12FachbeiratNaturhaushalt

Kartoffelkäferca. 15 Larven pro Kartoffelstaude

Winterraps vital geschwächtsehr früh 3 - 4 1 - 2 Käfer/Pflanze

früh 7 - 8 3 - 4 Käfer/Pflanzespät > 8 > 4 Käfer/Pflanze

Rapsglanzkäfer

Sommerraps: 2 Käfer/Pflanze

Gelbrost/Braunrost (Getreide)Bei gelben Streifen bzw. braunen Rost-pusteln auf den Blättern sofort reagieren!

Peronospora (Wein)Bei „Ölflecken“ auf der Blattoberseitesofort reagieren!

1.13

Unverzichtbarkeit des Integrierten Pflanzenschutzes im Ackerbau

Weizen, Gerste, Roggen

Beispiel: Gelb- und Braunrost (Rostpilze) • Weltweites Auftreten• Oft epidemischer Verlauf

durch Sporenflug• Witterungsabhängig• Überwinterung auf Ausfallgetreide

Gelbrost

Braunrost

Bekämpfung:

• Sortenwahl• Rechtzeitiger Fungizideinsatz

FachbeiratNaturhaushalt

Ertragseinbußen bei Gelbrostbefallkönnen über 50 % betragen!

Anwendungsverfahren

1.17

Einzelpflanzen-behandlung

Band-spritzung

FachbeiratNaturhaushalt

Teilflächenbehandlung

Düsenabstand 50 cm

15 cm

ca. 12 cm

Bandbreite ca.

Saat- und Pflanzgutbehandlung

• Beizung (meist Fungizide)• Pillierung (Fungizide + Insektizide)• Tauchbehandlung (Fungizide, Insektizide

+ Bakterizide)

Pflanzen- und Bodenbehandlung

Ganzflächen-behandlung

• Spritzen (hydraulisches Zerstäuben)• Sprühen (Ausbringen mit

Gebläseunterstützung)• Nebeln (Tröpfchenschleierbildung)• Streuen von Granulaten• Angießen• Beimischen zu Anzuchterden• Räuchern und Begasen (in geschl. Räumen)• Bodenentseuchung

Teilflächenspezifischer Pflanzenschutz

• gezieltere Unkrautbekämpfung • Einsparung der Herbizidmenge durch teilflächenspezifischesErkennen des Unkrautbefalles• Geringere Belastung von Grundwasser und Umwelt

• Ziel ist die Anwendung eines Real-Time-Verfahrens, gleich-zeitige Erfassung des Unkrauts und Herbizidausbringung

• CCD-Kamera nimmt Grauwertbilder auf, aus Binärbildern werden Konturbilder erstellt und diese mit Musterpflanzenverglichen

H

Institut für Bodenökologie

Applikationsart

Applikationstechnik

1.18

Grundlegende Anforderungen

FachbeiratNaturhaushalt

Raumkulturen

Flächenkulturen

• Pflanzenschutzgeräteliste der BBA• 2-jährige Kontrolle der Feldspritzgeräte• Brüheaufwandmenge genau berechnen• Düsenwahl (Flachstrahl-, Rundstrahl-,

Injektordüsen)• Spritzdruckeinstellung• Tropfengröße beachten (vollständige

Benetzung)• Windstärke und -richtung beachten• Fahrgeschwindigkeit einhalten

(Tacho überprüfen)• Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit

beachten• Waschwasserbehälter zur Pflanzenschutz-

gerätereinigung auf dem Feld

Verlustmindernde Technik

1.19FachbeiratNaturhaushalt

Tunnelgerät

Axialsprühgerät mit Abdeckblech

Flächenkultur

• Injektordüsen+ Druckverminderung+ reduzierte Fahrgeschwindigkeit

Raumkultur

• Tunnelgerät (Obst- und Weinbau),1-, 2- oder 3-zeilig

• Axialsprühgerät mit Injektordüsenund Abdeckblech (Hopfenanbau)

90 % Abtriftreduzierung

50 % oder 75 % Abtriftreduzierung

Kulturlandschaft

Naturlandschaft

2.1FachbeiratNaturhaushalt

Gesetzliche Regelungen

national

inter-national

als Basis:Richtlinie der EU über das

Inverkehrbringen von Pflanzenschutzmitteln

(91/414/EWG)

Pflanzenschutzmittelverordnung

Pflanzenschutz-Sachkundeverordnung

Pflanzenschutz-Anwendungsverordnung

Pflanzenschutzgesetz (PflSchG)

Landesgesetze zum Naturschutz

2.2.bFachbeiratNaturhaushalt

Landesgesetze zu Naturschutzund Landespflege

Geregelt sind u. a. :

• Abbrennen der Bodendecke

• Behandlung mit chem. Mitteln

• Rodung

• SchnittHerbizidanwendung auf Feldrain

2.10

Verminderung vonAbtrift und Abschwemmung

Maßnahmen zur Verminderung:

• Abstand zum Gewässer

• verlustarme Applikationstechnik(z. B. Verwendung von Injektordüsen)

Maßnahmen zur Verminderung:

• unbehandelte Randstreifen mitgeschlossener Pflanzendecke

• Mulch- oder Direktsaatverfahren

• AuffangsystemeFachbeiratNaturhaushalt

Abtrift

Abschwemmung