Fungizidreduzierung: Bestrahlung mit UV C-Licht

Transkript

1 WEINBAU Pflanzenschutz: Ein neuer Ansatz zur Bekämpfung von Pilzerkrankungen soll zukünftig dazu beitragen, den hohen Anteil an Fungizidapplikationen im Weinbau zu reduzieren. Das physikalische Verfahren beruht auf einer Behandlung der Zielfläche Blattwerk und Traubenzone mit UV C-Strahlen. Fungizidreduzierung: Bestrahlung mit UV C-Licht Text und Abbildungen: Stefan Klärner (links), Beate Berkelmann-Löhnertz, Gerald Herrmann*, Bruno Flemming*, Marco Pfliehinger, Rainer Keicher; Hochschule Geisenheim, *uv-technik meyer gmbh, Ortenberg Kann mithilfe einer neuen Behandlungstechnik auf der Basis von UV C-Licht der Einsatz von Fungiziden im Weinbau vermindert werden? Zur Beantwortung der Versuchsfragen kooperieren mehrere Institute der Hochschule Geisenheim mit der Firma uv-technik meyer gmbh, einem der Marktführer für UV CBestrahlungssysteme im Lebensmittelsektor. Als Projektträger fungiert die HA Hessen Agentur GmbH, die im Schwerpunktprogramm»Hessen ModellProjekte«angewandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte fördert (LOEWE-Vorhaben). Reduzierung von Fungizidbehandlungen durch Bestrahlung mit UV C-Licht Die qualitätsorientierte Traubenproduktion erfordert unter den in Mitteleuropa vorherrschenden Klimabedingungen einen intensiven Pflanzenschutz. Im Weinbau dominieren die Fungizide gegenüber anderen Pflanzenschutzmittelgruppen. Auch beim Vergleich verschiedener Kulturen rangiert der Weinbau mit den Fungiziden in der Spitzengruppe. Intensiver Pflanzenschutzmitteleinsatz kann mit vielen unerwünschten Nebenwirkungen verbunden sein dies gilt sowohl für den integrierten als auch für den ökologischen Weinbau. Die bedeutendsten Problemfelder sind: Rückstände von Pflanzenschutzmitteln, Resistenzphänomene auf Seiten der Schaderreger sowie die Anreicherung des Schwermetalls Kupfer im Ökosystem Weinberg. Das hier präsentierte Projekt hat zum Ziel, Wirkungen und Nebenwirkungen des neuen Verfahrens zu beschreiben, ein Einsparpotential an Fungiziden aufzuzeigen und auf dieser Basis eine neue, praxistaugliche Rebschutz-Strategie zu erarbeiten. UV C-Bestrahlungseinheit für Versuche mit Topfreben im Gewächshaus. Die zwei gegenüberstehenden Module mit den UV C-Strahlungsquellen sind durch bewegliche Lamelleneinheiten abgeschirmt. Die Steuerung erfolgt mittels Druckluft. Durch eine sekundengenaue Programmierung der Öffnungszeiten der Lamellen können reproduzierbare Bestrahlungsdosen appliziert werden 80

2 Im Rahmen einer bundesweit angelegten Kampagne des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) werden verschiedene Akteure dazu aufgerufen, den chemischen Pflanzenschutz einzuschränken und vermehrt Alternativen einzusetzen. Mittel- und langfristige Ziele dieses Programms sind im»nationalen Aktionsplan zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln«(BMELV) zusammengefasst. Eine der wichtigsten Forderungen des Programms ist die Reduzierung der Anwendung chemischer Pflanzenschutzmittel auf das unbedingt notwendige Maß. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen verstärkt nichtchemische Pflanzenschutzmaßnahmen untersucht und zu praxistauglichen Verfahren weiterentwickelt werden. Als besonders förderungswürdig werden Innovationen im Pflanzenschutz eingestuft. Grundsätzlich sollen neben dem chemischen Pflanzenschutz auch biologische Verfahren wie beispielsweise Antagonisten oder physikalische Methoden eingesetzt werden, die einerseits eine wirksame Bekämpfung der Pathogene erlauben und andererseits die natürlichen Ressourcen wie Boden, Wasser und Nützlinge schützen. Ein sehr interessantes und vielversprechendes physikalisches Verfahren ist der Einsatz von UV C-Licht zur Bestrahlung der Schadorganismen. Die UV C-Bestrahlung ist seit vielen Jahren vor allem in der Lebensmittelindust- rie im Einsatz. Hier wird das Verfahren zur Oberflächenentkeimung von Packstoffen vor der Abfüllung leichtverderblicher Lebensmittel verwendet. So werden beispielsweise Joghurtbecher vor der Füllung einer UV CBestrahlung unterzogen. Auch»keimarm«zu haltende Transportbänder werden heutzutage mit UV C-Licht bestrahlt. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Luftentkeimung, zum Beispiel in Klimaanlagen oder Operationssälen. Nicht zuletzt kommt bei der Aufbereitung von Trinkwasser bzw. bei der Behandlung von Abwässern UV C-Licht zum Einsatz. An einigen Kulturpflanzen wie Kartoffeln oder Tomaten wird bereits UV C-Licht appliziert, um diverse Schaderreger nachhaltig zu minimieren. Das gilt vor allem für den Nachernte-Bereich. Vor diesem Hintergrund ist es naheliegend zu prüfen, ob die Bestrahlung mit UV C auch zur Reduzierung des Schadpilzbefalls an Blättern und Trauben der Rebe erfolgreich eingesetzt werden kann. Pflanzenschutzmittel vorsichtig verwenden. Vor Verwendung stets Etikett und Produktinformation lesen. Warnhinweise und -symbole beachten. Prototyp: Die UV C-Module der Gewächshausanlage wurden in Überzeilentechnik an einem Rahmen installiert. Das Gebläse erzeugt eine Verwirbelung der Blätter in den Laubwandarealen, die sich jeweils zwischen den UV C-Modulen befinden (Foto: Schönbach) DIE KRAFT DER ZWEI WIRKSTOFFE Sicherer Schutz gegen Oidium Schwarzfäule wird sicher miterfasst Hervorragende Dauerwirkung Starke Kurativleistung Wirkungsreserven auch bei kritischen Bedingungen Handeln Sie rechtzeitig und sicher! Setzen Sie VENTO POWER bereits zur Vorblüte ein! Wirkungsweise von UV C-Licht Die natürliche Quelle von UV-Licht ist die Sonnenstrahlung. Allerdings dringt bedingt durch Absorption, vor allem in der oberen Erdatmosphäre nur UV A- und in geringerem Maße auch UV B-Strahlung bis zur Erde durch. UV C-Strahlen mit einem Wellenlängenbereich von unterhalb 280 nm kommen auf der Erdoberfläche nicht vor. UV C-Licht kann heutzutage künstlich durch UV-Niederdruck- oder UV-Mittel- VENTO POWER, Trademark of the Dow Chemical Company ( Dow ) or an affiliated company of Dow Stand: April 2013 Hotline: (0,06 /Anruf aus dem Festnetz, Mobilfunk max. 0,42 /Min.)

3 WEINBAU druck-strahler erzeugt werden. Die letale Wirkung einer UV C-Bestrahlung auf Mikroorganismen beruht auf der Schädigung von Teilen der Desoxyribonukleinsäure (DNS), dem Grundbaustein aller Lebewesen. Die korrekte Vervielfältigung der DNS wird durch die Bestrahlung verhindert, so dass in der Folge wichtige Zellfunktionen bis hin zur Zellteilung nicht ordnungsgemäß ablaufen können. Der Organismus kann sich nicht mehr fortpflanzen oder stirbt sogar ab. Innerhalb des UV C-Spektrums beschränkt sich dieses Schädigungspotential insbesondere auf den Wellenlängenbereich zwischen nm. Die im Rahmen der hier präsentierten Untersuchungen Abb. 1a: Konidienbestrahlung / Botrytis cinerea (nach 72 Stunden) zum Einsatz kommenden UV C-Einheiten (Labor, Gewächshaus, Freiland) arbeiten im Bereich von 254 nm, liegen also im optimalen Wirkungsfenster. Dabei ist die individuelle UV C-Wirkung dosisabhängig. Das heißt eine länger andauernde niedrige Bestrahlungsstärke von z. B. 10 s bei 8 mw/cm² (= 80 mws/cm²) hat die gleiche Wirkung wie eine kurze, aber starke Bestrahlungsstärke von 2 s bei 40 mw/cm² (= 80 mws/cm²). Ziel ist es, die notwendige UV C-Bestrahlungsdosis durch eine hohe Bestrahlungsstärke innerhalb eines kurzen Zeitfensters zu erreichen, um mit Blick auf die weinbauliche Praxis bei einer Mindestfahrgeschwindigkeit von 5 bis 6 km/h die gewünschte Wirkung erzielen zu können. Zielorganismen Als Zielorganismen wurden die für den hohen Fungizideinsatz im Weinbau verantwortlichen Rebpathogene ausgewählt, das heißt wirtschaftlich bedeutende Krankheiten, die das Blatt und/oder die Traube befallen können: Falscher Mehltau (Erreger: Plasmopara viticola); Echter Mehltau (Erreger: Erysiphe necator); Grauschimmelfäule an der Traube (Erreger: Botrytis cinerea); Schwarzfäule (Erreger: Guignardia bidwellii), die seit 2002 regional von Bedeutung ist. Biologische Wirksamkeit unterschiedlicher UV C-Bestrahlungsdosen auf die Entwicklung von Konidien von Botrytis cinerea unter Laborbedingungen; hier dargestellt: Zustand der Konidien 72 Stunden nach der Bestrahlung (oben). Wachstum eines etwa 10 cm² großen Pilzrasens von Botrytis cinerea, der im Labor mit unterschiedlichen UV C-Dosen bestrahlt und danach weiter bebrütet wurde (unten). Abb. 1b: Mycelbestrahlung / Botrytis cinerea Wachstumstest Bei allen vier Pathogenen handelt es sich um polyzyklische Pilze mit sehr hohem Schadpotential. Aufgrund der Auswirkungen des Klimawandels mit vermehrten Starkregenereignissen und dem Anstieg der Temperatur ist eine weitere Zunahme der Schäden zu erwarten. Dies gilt vor allem für die Entwicklung von Plasmopara viticola und Botrytis, für die derartige Wetterphänomene und Klimaänderungen besonders förderlich sind. Jahre mit starker Traubenfäulnis beeinflussen insbesondere den Lesezeitpunkt und die Qualität des Lesegutes auch im Zusammenhang mit den sogenannten Sekundärpilzen (Penicillium- und Aspergillus-Arten, Trichothecium roseum). Hier könnte die ergänzende UV C-Bestrahlung einen wesentlichen Beitrag zur Gesunderhaltung der Trauben liefern, da nach der Behandlung keine Wartezeiten eingehalten werden müssen. Somit bestünde die Möglichkeit, den kritischen Zeitraum zwischen Abschlussbehandlung und Lese zu überbrücken. Vorgehensweise Da noch keinerlei Erfahrungen mit dem Einsatz der UV C-Technologie an Reben vorlagen, musste zunächst der optimale Dosisbereich für die UV CBestrahlung gefunden werden. Hierbei stehen vor allem drei Anforderungen im Vordergrund: eine ausreichende letale Wirkung auf die Pathogene auf der einen Seite, auf der anderen Seite die Verhinderung 82

4 Neue Perspektiven Master MSc Weinbau & Œnologie Weinbau-Œnologie- Entrepreneurship Business Life Sciences Fachhochschule für Weinbau und Œnologie, Changins Prof. Dr. Roland Riesen CH-1260 Nyon Moser Graphic Design Foto: DWI Ob durch den Einsatz von UV C-Strahlungen der Fungizideinsatz reduziert werden kann, wird derzeit noch untersucht. DDW-Tipp: Wer sich ein UV C-Modell anschauen möchte, kann am INTERVITIS-Messestand der HS Geisenheim (Halle 5 C 63) vorbeischauen phytotoxischer Reaktionen oder sonstiger physiologischer Beeinträchtigungen der Rebe. Darüber hinaus ist die Zugänglichkeit der Zielfläche bei diesem Verfahren von essentieller Bedeutung. Das heißt, negativ wirkende Abschattungs- und Streuungseffekte müssen effektiv reduziert werden, da sie die Bestrahlungsdosis vermindern, die letztlich an der Zielfläche (Blatt, Traube) ankommt. Auslöser für solche Effekte ist nicht nur die Laubwand selbst; diese Einschränkungen werden z. T. auch von Einrichtungen hervorgerufen, die dem Schutz der UV C-Röhren beim»derben«freilandeinsatz sowie dem erforderlichen Anwenderschutz dienen. Die Daten zur biologischen Wirksamkeit Effektivität gegen die Schaderreger und mögliche phytotoxische Reaktionen der Rebe mussten zunächst in Labor- und Gewächshausuntersuchungen ermittelt werden. Nach den bisherigen Ergebnissen liegt eine+ gute Schnittmenge zwischen diesen beiden Anforderungen im Dosisbereich von 80 und 160 mws/cm2. Die Absterberaten der verschiedenen Erreger, die unterschiedlich UV C-empfindlich sind, betragen in diesem Dosisbereich allerdings nie 100 %. Sie liegen für P. viticola zwischen %, für Oidium zwischen %, für Botrytis zwischen % und für G. bidwellii zwischen %. Um die biologische Wirksamkeit auf die genannten Schaderreger zu ermitteln, wurden die Vermehrungseinheiten (Konidien, Sporen) in einer ersten Projektphase im Rahmen von Laborversuchen mit UV C-Licht bestrahlt. Hierfür wurden die Keimung, die weitere Pilzentwicklung und die Ausbreitung des Pilzes in oder auf der Rebe nach der Bestrahlung über einen längeren Beobachtungszeitraum hin do- Der Deutsche Weinbau Nr. 8 + t: ei h u ltne 820 e W Die FELCO Besuchen Sie uns auf der Intervitis in Stuttgart vom Halle 1, Stand G31 Felcotronic-Fachhändler finden Sie unter 83

5 WEINBAU Gegenüberstellung: junges, vollständig entfaltetes Weinblatt unmittelbar vor der Bestrahlung (a) bzw. nach der Bestrahlung (b) mit einer Bestrahlungsdosis von 640 mws/cm² (3D-LaserScanMikroskop, Fa. Keyence, 2000fach) (Foto: Klärner) kumentiert. Unmittelbar vor der Auswertung wurde das Objekt mit einem sogenannten Vitalfarbstoff angefärbt. Hierdurch war es möglich, eine differenzierte Aussage darüber zu treffen, ob nur eine Entwicklungsverzögerung oder eine irreparable Schädigung des Erregers vorlag. Die Konidien von Botrytis zeigten beispielsweise eine zeitlich verzögerte Reaktion auf die UV CBestrahlung. Erst nach 72 Stunden kam es bei einer Dosis von 80 mws/cm² zu einem signifikanten Anstieg der Absterberate auf etwa 50 % (Abb. 1a). Erste Effekte ließen sich 72 Stunden nach der Bestrahlung allerdings schon bei einer Dosis von 40 mws/cm² erkennen. Im Vergleich zum Versuchsglied»Kontrolle«waren nur etwa 20 % der Konidien gekeimt. Zum Zeitpunkt der Auswertung lebten zwar noch ca. 70 % der bestrahlten Konidien, diese waren aber noch nicht in der Lage, einen Keimschlauch zu bilden. Hier lag also eine Entwicklungsverzögerung, aber keine letale Schädigung des Pilzes vor. Eine solche Beeinträchtigung der Entwicklung zeigte sich auch bei Anwendung niedriger Bestrahlungsdosen von 12 und 20 mws/cm². Die Länge der Keimschläuche betrug bei der niedrigsten Bestrahlungsvariante nur etwa 50 µm, wohingegen die Konidien im Versuchsglied»Kontrolle«bereits eine Länge von etwa 300 µm erreicht hatten. Bei Bestrahlung eines bereits angewachsenen Pilzgeflechts waren diese deutlichen Effekte allerdings nicht zu erzielen. Pilzfäden von Botrytis cinerea sind durch UV C-Bestrahlung nur schwer zu schädigen, denn selbst hohe Dosen führten nicht zu einer letalen Schädigung, sondern lediglich zu einer Entwicklungsverzögerung (Abb. 1b). Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass in der Praxis bereits möglichst frühe Stadien der Pilzentwicklung bestrahlt werden sollten, um im Weinberg Effekte gegen den Grauschimmel erzielen zu können. Die in dieser ersten Projektphase für die einzelnen Erreger erarbeiteten Dosis-Wirkungsbeziehungen Abb. 2: Botrytis cinerea - Befallsstärke in % (Traube) * * Biologische Wirksamkeit verschiedener UV C-Bestrahlungsdosen gegenüber Botrytis cinerea im Jahr Dargestellt sind die Befallsstärke an Trauben [in %] sowie der Umfang phytotoxischer Reaktionen an Trauben [in %]. Werte mit gleichen Buchstaben unterscheiden sich nicht signifikant voneinander (p< 0,05). Standardabweichung als doppelter Fehlerbalken 84

6 dienten als Grundlage für den Bau eines auf die notwendige Leistung abgestimmten Gewächshausgerätes für die zweite Projektphase (siehe Bild auf Seite 80). Mit diesem Gewächshausgerät konnte an Topfreben die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf Gewächshausbedingungen untersucht werden. Ein weiterer Fokus lag dabei auf der Erfassung möglicher Schädigungen der Wirtspflanze nach Einwirkung unterschiedlicher UV C-Dosen. Die Versuche im Gewächshaus verdeutlichten, dass verschiedene Pflanzenteile unterschiedlich empfindlich auf die UV C-Strahlung reagieren. Während ältere Blätter nur selten unmittelbar nach der Bestrahlung Reaktionen zeigten, sind junge, gerade vollständig entfaltete Blätter viel empfindlicher, erst recht bei starker Überdosierung von mehr als 640 mws/cm² (siehe Abbildungen auf Seite 84). Der noch nicht verholzte grüne Trieb reagierte interessanterweise empfindlicher auf die UV C-Bestrahlung als die Blätter. An der Rinde zeigten sich sehr schnell Verbräunungen, die bei hoher Dosierung von mehr als 160 mws/cm² zu einer völligen Schwarzfärbung des Triebes führten. Auch andere Symptome wie Blattverbräunungen und -nekrosen, Einrollen der Blattränder oder vorzeitiger Blattfall traten bei hoher Dosierung auf. Auf der Basis der Erkenntnisse aus dem Labor und Gewächshaus wurden die ersten Freilandversuche an Riesling-Reben durchgeführt. Dabei wurden unterschiedliche technische Lösungen soweit optimiert, dass am Ende ein Prototyp erstellt werden konnte. Zusätzlich wurde ein Gebläse montiert, um für eine Verwirbelung der Blätter zu sorgen. Dadurch wurde eine größere Fläche der Laubwand von der UV C-Strahlung erreicht, so dass sich negative Abschattungseffekte wirksam minimieren ließen (siehe Bild Seite 81). Erste Ergebnisse zur biologischen Wirksamkeit des neuen Verfahrens im Freiland lassen sich gut am Beispiel Botrytis zeigen. Mit einem Anstieg der UV CBestrahlungsdosis ist eine Abnahme der Befallsstärke an den Trauben verbunden (Abb. 2). In der Grafik erkennt man auch, dass es im Falle der hohen Bestrahlungsdosis von 640 mws/cm² zu phytotoxischen Reaktionen (Stärke: 20 %) an den Riesling-Trauben kam. Diese äußerten sich in einer bläulich-violetten Verfärbung und einer Verhärtung der Beerenhaut. Nebenwirkungen Im Rahmen des Projektes sollten auch mögliche Nebenwirkungen im Zusammenhang mit einer UV C-Bestrahlung erfasst werden. Begleitende physiologische Untersuchungen zu Mineralstoffgehalten, zum Antioxidativen Potential, den Blattstickstoff- und Chlorophyllgehalten sowie dem Stressindikator Malondialdehyd ergaben für den angestrebten Dosisbereich zwischen 80 und 160 mws/cm² bisher keinen Hinweis auf markante Veränderungen, die eine Verschiebung Der Deutsche Weinbau Nr. 8 des Inhaltsstoffspektrums oder das Auftreten von Stressreaktionen bei der Rebe erwarten lassen. Weitere wichtige Punkte sind die Auswirkungen von UV C-Behandlungen auf die Quantität und Qualität der Trauben und somit auf mögliche Gär- und Geschmacksbeeinträchtigungen der Moste bzw. Weine. Auch die Erfassung langfristiger Auswirkungen auf vegetative und generative Parameter (z. B. Anzahl austriebsfähiger Augen im Folgejahr; Fruchtansatz der Trauben) gehörte zum Untersuchungsumfang. Ein neues Rebschutzverfahren wird niemals Aussicht auf Praxiseinführung haben, wenn wichtige Nützlinge im Ökosystem Weinberg geschädigt werden. Aus diesem Grund beinhaltete ein weiteres Arbeitspaket die Untersuchung möglicher Nebenwirkungen auf typische Vertreter der ArthropodenFauna. Aufgrund der Schwierigkeit der Durchführung solcher Erhebungen im Weinberg fanden diese Studien im Labor statt. G Fazit: Ziel des Vorhabens ist die Reduzierung des Fungizideinsatzes durch eine mehrfache UV CBestrahlung von Blättern und Trauben. Die bisherigen Labor- und Gewächshausversuche haben gezeigt, dass die Erreger des Echten und Falschen Mehltaus, der Verursacher der Schwarzfäule sowie die Traubenbotrytis durch eine UV C-Bestrahlung unterschiedlich stark geschädigt werden. Ob unter diesen Bedingungen trotz der Einwirkung von Abschattungseffekten bzw. bei Vorliegen unterschiedlicher Entwicklungsstadien der einzelnen Pathogene im Weinberg eine nachhaltige Reduzierung des Schadpotentials und damit des Fungizideinsatzes erzielt werden kann, soll in der Vegetationsperiode 2013 in einem groß angelegten Exaktversuch mit zwölf Versuchsgliedern geklärt werden. Wir hoffen, mit dem vorgestellten physikalischen RebschutzVerfahren einen Beitrag zum Umweltschutz und zur Verbesserung der Traubenqualität leisten zu können. Zukünftig sollte es möglich sein, über ein Lohnunternehmen die Dienstleistung UV C-Bestrahlung in Anspruch zu nehmen und mehrere Fungizidapplikationen einzusparen. Noch Fragen? Fragen zu diesem Beitrag beantwortet unser Autorenteam. stefan.klaerner@hs-gm.de oder beate.berkelmann-loehnertz@hs-gm.de