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Bewertung der Ökosystemwirkung von Herbizidstrategien im Zuckerrübenanbau und Modellierung der Wirkstoffverlagerung im Boden
Aufgrund der geringen Konkurrenzkraft von Zuckerrüben in der Jugendentwicklung gegenüber Unkräutern kommt dem Einsatz von Herbiziden zur Sicherung der Anbauproduktivität im konventionellen Zuckerrübenanbau eine essentielle Bedeutung zu. Dabei werden aktuell vorwiegend Mischungen verschiedener Herbizide ausgebracht, die sich in ihrer Zusammensetzung hinsichtlich Art und Anzahl herbizider Wirkstoffe und Aufwandmenge deutlich voneinander unterscheiden. Unterschiedliche Herbizidstrategien erlauben es, das standortspezifisch variierende Unkrautspektrum zielgerichtet zu regulieren. Zwar sind die ökotoxikologischen Auswirkungen der einzelnen Herbizide durch das Zulassungsverfahren hinreichend bekannt, die bodenökologischen Effekte praxisrelevanter Herbizidstrategien, d. h. des Einsatzes von Herbiziden in unterschiedlicher Kombination und/oder Aufwandmenge, sind jedoch bisher kaum untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die Auswirkungen der im Zuckerrübenanbau Anwendung findenden Herbizidstrategien auf das Edaphon zu untersuchen. Weiterer Bestandteil war die Modellierung der Wirkstoffverlagerung im Boden und die Abbildung des Umweltrisikos der Herbizidstrategien auf Basis der modellierten Wirkstoffkonzentrationen. Die Untersuchungen waren in das Forschungsverbundprojekt „Entwicklung von Leitlinien für den integrierten Pflanzenschutz in Zuckerrüben und exemplarische Ermittlung der ökologischen und ökonomischen Auswirkungen von innovativen Anwendungen von Pflanzenschutzmitteln“ eingebettet. Die Versuche wurden in typischen Zuckerrübenanbaugebieten in Deutschland in den Jahren 2008 und 2009 an insgesamt 19 sich hinsichtlich ihrer pedologischen und meteorologischen Bedingungen deutlich unterscheidenden Standorten (Umwelt = Standort x Jahr) durchgeführt. Die drei untersuchten Herbizidstrategien umfassten Kombinationen von zwei Herbiziden und 100 % der zugelassenen Aufwandmenge (Strategie 1), drei Herbiziden und Bodenbearbeitungssystem >> Herbizidstrategie. Zusätzlich wurde die Ökosystemfunktion des Bodens anhand der biologischen Aktivität des Edaphons durch den Köderstreifen- und den Minicontainer-Test untersucht. Der Köderstreifen-Test wurde in 19 Umwelten (insgesamt 7296 Stäbe mit jeweils 16 horizontal angeordneten und mit Köderportionen befüllten Löchern) und der Minicontainer-Test in sechs Umwelten (insgesamt 576 Stäbe mit jeweils sechs horizontal angeordneten und mit Weizenstroh befüllten Containern) durchgeführt. Obwohl sich beide Tests in ihrer Substratzusammensetzung und -menge, der erfassten Bodentiefe sowie Expositionszeit unterschieden und mit der Fraßaktivität am Ködersubstrat und dem Masseverlust des exponierten Weizenstrohs verschiedene Effektmaße abgedeckt worden sind, wurden einheitliche Effekte beobachtet. Die größten Unterschiede sowohl bei den Fraßaktivitäten als auch Masseverlusten traten, wie bereits bei der Regenwurmpopulation, zwischen den Umwelten auf. Das Pflugsystem hatte auf die biologische Aktivität über alle 19 Umwelten keinen einheitlichen Einfluss, denn es führte in einigen Umwelten zu höheren Werten als das Mulchsystem. Trotz dieser divergenten Effekte wiesen beide Screeningmethoden über alle Umwelten im Mulchsystem eine signifikant höhere biologische Aktivität auf. Weiterhin konnten in Abhängigkeit von der Bodenbearbeitung abweichende Tiefengradienten bei der biologischen Aktivität festgestellt werden. Vermutlich aufgrund der geringeren Einarbeitungstiefe und der heterogeneren Verteilung organischer Rückstände der Zwischenfrucht wurden in der oberen Krume des Mulchsystems, verglichen mit der des Pflugsystems, höhere biologische Aktivitäten vorgefunden. Dieser Unterschied nivellierte sich mit zunehmender Bodentiefe. In Interaktion mit den Faktoren Umwelt und/oder Bodenbearbeitungssystem wurden sowohl im Köderstreifen-Test als auch im Minicontainer-Test signifikante Unterschiede zwischen den Herbizidstrategien ermittelt. Diese Unterschiede waren über die Umwelten jedoch nicht gleichgerichtet ausgeprägt. Es ist nicht davon auszugehen, dass die starke Variabilität zwischen den Umwelten und den Bodenbearbeitungssystemen mögliche Effekte der Herbizidstrategien relativiert hat. Vielmehr werden dadurch die Validität der Ergebnisse und deren Repräsentativität für den Zuckerrübenanbau unterstrichen. In weiteren Untersuchungen wurde die Wirkstoffverlagerung bis zu 1 m Bodentiefe mit dem Modell FOCUS PEARL für den Zeitraum vom Tag der ersten Applikation bis zum Jahresende (2008 und 2009) ermittelt. Hierfür wurden die für diesen Zeitraum real vorherrschenden Umweltbedingungen (Bodeneigenschaften und Witterungsverhältnisse), anbautechnischen Maßnahmen (z. B. Bodenbearbeitung, Applikationstermine) und Kulturdaten (Deckungsgrad der Zuckerrüben) berücksichtigt. Die wiederholte Applikation der Herbizide führte vor allem in 0-0,01 m Bodentiefe zu einer Wirkstoffanreicherung. Mit über 90 % wurde der größte Anteil aller Wirkstoffrückstände in den oberen 0,025 m Bodentiefe gefunden. Die im Boden auftretenden Konzentrationen waren von der Aufwandmenge abhängig und verringerten sich unabhängig von der Herbizidstrategie deutlich bis zum Jahresende. Die Abschätzung des ökologischen Risikos erfolgte mittels Toxischer Einheit (toxic unit - TU) für den bodenfaunistischen Indikator „Regenwurm“. Dazu wurde für die einzelnen Wirkstoffe das Verhältnis aus modellierter Wirkstoffkonzentration und Effektkonzentration (LC50) berechnet und für die Herbizidstrategien aufsummiert. Für eine TU ≥ 1 kann eine Letalität für mindestens 50 % der Regenwurmpopulation angenommen werden. Zwar verringerten sich die Tus mit sinkender Aufwandmenge der Herbizidstrategien, dennoch lagen trotz dieser relativen Vorzüglichkeit der Minimengenstrategien alle Herbizidstrategien mehr als eine Größenordnung unter dem Schwellenwert von 1. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass für die unterschiedlichen Herbizidstrategien keine negativen ökologischen Auswirkungen vorliegen. Sowohl aus ökologischer Sicht als auch gemäß den Grundsätzen des integrierten Pflanzenschutzes sind alle untersuchten Herbizidstrategien zur standortspezifischen Unkrautregulierung sachgerecht. Darüber hinaus kann auf Grundlage dieser Arbeit festgehalten werden, dass die Minimengenstrategie zur Applikation von Herbiziden im Zuckerrübenanbau einen Beitrag zur Reduktion des Pflanzenschutzmitteleinsatzes und Risikominderung im Sinne des „Nationalen Aktionsplans zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln“ leistet.
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