Armin Werner, Ulrich Stachow, Regina Becker, Michael Glemnitz, Angelika Wurbs, Stefan Vidal, Christoph Tebbe und Kerstin Schmidt

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1 Armin Werner, Ulrich Stachow, Regina Becker, Michael Glemnitz, Angelika Wurbs, Stefan Vidal, Christoph Tebbe und Kerstin Schmidt Konzept für ein mehrjähriges Forschungsprogramm zu naturschutzfachlichen Fragestellungen beim Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen am Beispiel von herbizid- und insektenresistentem Mais Abschlussbericht zum UFOPLAN-Vorhaben FKZ Konventioneller Mais oder Isolinie Bt-Mais Legende Transekt: Länge 50 m Boniturpunkte: 5 m, 25 m und 50 m vom Rand des Schlages Brennnesselbestände Linientransekt für Lepidopterenerfassung Erfassung des Herbivorenkomplexes an Wildkräutern Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung e.v. (ZALF) Im Auftrag des Bundesamtes für Naturschutz (BfN) Müncheberg, Dezember 2005

2 Titelbild: Lage komplementärer Versuchsflächen und möglicher Bonitureinheiten zur Erfassung tierischer Nichtzielorganismen Adressen der Autorinnen und Autoren: Dr. Armin Werner Dr. Ulrich Stachow Dr. Regina Becker Dr. Michael Glemnitz Dr. Angelika Wurbs Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung e.v. (ZALF) Institut für Landnutzungssysteme und Landschaftsökologie Eberswalder Str. 84, D Müncheberg Prof. Dr. Stefan Vidal Georg-August-Universität Göttingen Institut für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz Grisebachstr. 6, D Göttingen PD Dr. Christoph Tebbe Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) Institut für Agrarökologie Bundesallee 50, D Braunschweig Dipl.-Math. Kerstin Schmidt Gesellschaft für Angewandte Mathematische Statistik in Biologie und Medizin (BioMath GmbH) Schnickmannstr. 4, D Rostock Fachbetreuung durch das BfN: Dr. Ulrich Sukopp, Fachgebiet I 1.3 Monitoring Das Projekt wurde gefördert durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Ministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Laufzeit: bis , Förderkennzeichen: ).

3 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... 5 Tabellenverzeichnis... 6 Vorbemerkung... 7 Dank und Autorenschaft Einleitung und Zielstellung Grundlagen Umweltrisiken von GVP Allgemeine Umweltrisiken beim Anbau von GVP Spezielle Umweltrisiken beim Anbau von Bt-Mais Gentechnisch veränderter Mais mit Insekten- und Herbizidresistenz Zugelassene gentechnisch veränderte Maissorten Pflanzenbauliche Aspekte des Maisanbaus in Deutschland Aktuelle Verbreitung des Maisanbaus in Deutschland Der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) Naturschutzfachliche Fragestellungen beim Anbau von Bt-Mais Stand der Forschung Wirkungen auf epigäische und hypergäische Nichtzielorganismen Persistenz des Bt-Toxins (Cry1 Ab) Persistenz der transgenen DNA in Böden und Wahrscheinlichkeiten eines horizontalen Gentransfers der Cry1 Ab-kodierenden Gene Wirkungen auf Mikroorganismen des Bodens und der Rhizosphäre Wirkungen auf die Segetalflora und weitere Aspekte der Biodiversität der Agrarlandschaft Modulares Konzept für ein naturschutzfachliches Forschungsprogramm beim großflächigen Bt-Maisanbau Fragestellungen und Untersuchungsmethoden beim großflächigen Bt-Maisanbau Modul 1 Hintergrundparameter zur Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Modul 2 Wirkungen auf tierische Nichtzielorganismen (einschließlich Bodentiere) Modul 3 Abbau des Cry1 Ab-Proteins im Boden und in verrottenden Pflanzenresten Modul 4 Persistenz der rekombinanten DNA

4 3.1.5 Modul 5 Wirkungen auf boden- und pflanzenassoziierte Mikroorganismen und auf Bodenfunktionen Modul 6 Wirkungen auf die Segetalflora und weitere Aspekte der Biodiversität der Agrarlandschaft Modul 7 Koordination, Datenhaltung, Datenauswertung und Berichterstellung Schlussfolgerungen und Bewertung der Module Auswahl der Untersuchungsgebiete Statistische Auswertung und Vernetzung der Daten Kostenplanung Literatur Zusammenfassung Summary

5 Abbildungsverzeichnis Abb. 2.2/1: Ackerfläche in den Landkreisen Deutschlands Abb. 2.2/2: Maisanbau (in den Jahren 2003/04) in den Landkreisen Deutschlands Abb. 2.2/3: Ackerfläche in den Gemeinden Baden-Württembergs Abb. 2.2/4: Maisanbau (in den Jahren 2003/04) in den Gemeinden Baden-Württembergs Abb. 2.2/5: Körnermaisanbau (in den Jahren 2003/04) in den Gemeinden Baden-Württembergs Abb. 2.2/6: Silomaisanbau (in den Jahren 2003/04) in den Gemeinden Baden-Württembergs Abb. 2.2/7: Gefährdungspotenziale durch Maiszünsler (nach Kluge et al., 1999) sowie vermutliche nördliche Verbreitungsgrenze des Maiszünslers in Mais Abb. 2.2/8: Standortökologische Raumgliederung Deutschlands nach Schröder & Schmidt (2000) und die vermutete nördliche Verbreitungsgrenze des Maiszünslers Abb. 3.1/1: Lage komplementärer Untersuchungsflächen und möglicher Bonitureinheiten zur Erfassung tierischer Nichtzielorganismen Abb. 3.2/1: Standortökologische Raumgliederung Baden-Württembergs nach Schröder & Schmidt (2000) mit Gemeindegrenzen

6 Tabellenverzeichnis Tab. 2.2/1: Gentechnisch veränderte Maissorten (Transformanten), für die ein Inverkehrbringen in der Europäischen Union (EU) gemäß Richtlinie 90/220/EWG bzw. Richtlinie 2001/18/EG genehmigt wurde Tab. 2.2/2: Einige Vor- und Nachteile verschiedener Böden für den Maisanbau (nach DMK) Tab. 2.2/3: Landkreise in Deutschland mit einem Anbauanteil von Mais von > 40% am Ackerland (2003/04) Tab. 2.2/4: Landkreise in Baden-Württemberg, in denen Gemeinden mit Maisanbauanteilen von > 40% liegen Tab. 2.2/5: Wirkung verschiedener Bekämpfungsverfahren gegen den Maiszünsler Tab. 2.2/6: Zusammenfassende Bewertung der verschiedenen Maiszünslerbekämpfungsverfahren Tab. 2.2/7: Maisanbau, geschätzte Maiszünslerbefallsfläche und Bekämpfungsfläche in den einzelnen Bundesländern (außer Stadtstaaten) Tab. 3.1/1: Hintergrundparameter zur Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Tab. 3.1/2: Proben- und Erhebungsumfang für eine Untersuchungseinheit mit 2-3 Varianten (Bt-Mais, isogene Ausgangsform, konventionelle Vergleichssorte) Tab. 3.1/3: Methodik zur Analyse mikrobieller Gemeinschaften auf den Untersuchungsflächen (3 Varianten: Bt-Mais, isogene Ausgangssorte, konventionelle Vergleichssorte) Tab. 3.1/4: Wichtige Aspekte bei der Auswahl der Gebiete, Flächen und Methoden zu möglichen Auswirkungen des Anbaus von HR-Sorten auf die Segetalflora am Beispiel von Mais Tab. 3.2/1: Potenzielle Gefährdung verschiedener Raumtypen Deutschlands durch den Maiszünsler Tab. 3.2/2: Maisanbau in den standortökologischen Raumtypen Deutschlands (nach Schröder & Schmidt, 2000)

7 Vorbemerkung Der vorliegende Projektbericht wurde im Jahr 2005 angefertigt und stellt den damals aktuellen Wissensstand dar. Die Entwicklungen in der hier behandelten Thematik sind jedoch seither vorangeschritten. Dies betrifft sowohl die Anbausituation von Bt-Mais und die Ausbreitung von Insekten- Schädlingen, gegen die Bt-Maissorten resistent sind, als auch den wissenschaftlichen Erkenntnisfortschritt durch ökologische Forschung zum Anbau von Bt-Mais in Deutschland und Europa. Dieser Erkenntnisgewinn müsste in einer aktuellen Konzeption für ein mehrjähriges Untersuchungsprogramm zu naturschutzfachlichen Fragestellungen berücksichtigt werden. Langfristige Untersuchungsprogramme sollten insgesamt flexibel angelegt werden, damit neue Fragestellungen und Erkenntnisse integriert werden können. Auf eine Aktualisierung des Forschungsprogramms wurde verzichtet, da diese aufgrund des großen Arbeitsaufwandes nur zeitnah und interdisziplinär im Vorfeld einer praktischen Durchführung von Untersuchungen zu naturschutzfachlichen Fragestellungen sinnvoll erscheint. An dieser Stelle soll jedoch zumindest kurz auf einige wichtige Punkte hingewiesen werden: Anbau von GVO Weltweit hat sich die Anbaufläche von GVO auf 114 Mio. ha ausgeweitet (2007), den stärksten Zuwachs gab es dabei beim Mais. Gentechnisch veränderter Mais wurde im Jahr 2007 auf über 35 Mio. ha angebaut, vor allem in den USA, aber auch in Südamerika, Südafrika und auf den Philippinnen. In der EU wird gentechnisch veränderter Mais in Portugal, Spanien, Frankreich, Deutschland, Tschechien, der Slowakei, Polen und Rumänien angebaut. In Deutschland hat die Anbaufläche von Bt-Mais zugenommen und beträgt zurzeit (2008) ha. Auftreten von Schaderregern Der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) hat sich in der Zwischenzeit weiter ausgebreitet. Befall wurde im Jahr 2006 erstmals auch in verschiedenen Regionen Niedersachsens festgestellt. Damit ist nur das Bundesland Schleswig-Holstein bisher noch ohne Befall durch den Maiszünsler. Der Westliche Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera), eine Käferart aus der Gruppe der Blattkäfer, die Ende der 1980er Jahre aus Nordamerika nach Südosteuropa eingeschleppt wurde, breitet sich in Mitteleuropa immer weiter aus und ist mittlerweile auch in Bayern und in Baden-Württemberg aufgefunden worden. Der Schaden an Mais wird verursacht durch Fraß der Larven an den Maiswurzeln und kann eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung erlangen. Die klimatischen Ansprüche der Art lassen erwarten, dass sich der Maiswurzelbohrer in ganz Deutschland dauerhaft ansiedeln wird. Es gibt bereits Bt- Maissorten, die gegen diesen Schädling resistent sind. Sie sind allerdings in der EU noch nicht zugelassen und werden zurzeit untersucht. Nutzung von Mais Die vor wenigen Jahren erwartete starke Zunahme der Biogasanlagen und die damit verbundene Ausdehnung des Anbaus von Mais zur energetischen Nutzung ist in diesem Umfang nicht eingetreten, insbesondere weil die Preise für Agrarerzeugnisse, insbesondere Marktfrüchte, stark gestiegen sind und die Energieerzeugung daher wirtschaftlich weniger attraktiv geworden ist. Forschung zu gentechnisch verändertem Mais Der Schwerpunkt agronomischer und ökologischer Forschung zu transgenem Mais hat sich verlagert. Während bislang Sorten und Linien mit Herbizidresistenz oder Resistenz gegenüber dem Maiszünsler 7

8 oder dem Maiswurzelbohrer untersucht wurden, konzentriert sich die Forschung heute auf Bt-Mais mit multipler Insektenresistenz (stacked events). Die aus der Kombination unterschiedlicher Bt-Sorten bzw. Linien hervorgegangenen stacked events exprimieren mehrere unterschiedliche Gene aus Bacillus thuringiensis, die eine kombinierte Zünsler- und Wurzelbohrerresistenz vermitteln. Die stacked events stellen somit eine neue Generation an transgenem Mais dar, dessen potenzielle Effekte auf Agrarökosysteme gegenwärtig u.a. in einem BMBF-Verbundvorhaben untersucht werden. Ausgangspunkt der Arbeiten ist die Annahme, dass sich aus der Kombination unterschiedlicher Resistenzgene über die Wirkungen der einzelnen Gene hinausgehende Effekte u.a. auf Nichtzielorganismen ergeben können. Die genannten stacked events mit multipler Insektenresistenz können künftig auch für den Anbau in Deutschland relevant werden, da sich das Befallsgebiet des Maiswurzelbohrers nun auch nach Deutschland ausgeweitet hat und mit einer weiteren Ausbreitung gerechnet werden muss. Cry-Proteine in Böden Weitere Untersuchungen zu Cry-Proteinen in Böden haben gezeigt, dass es bei mehrjährigem (maximal 5 Jahre) Anbau von Bt-Mais der Sorte MON810 zu keiner Akkumulation der rekombinanten Genprodukte kommt. Cry3 Bb1-Proteine, die Bt-Maissorten wie MON88017 eine Resistenz gegen den Maiswurzelbohrer verleihen, finden sich in durchwurzelten Böden in deutlich geringerer Konzentration als Cry1 Ab-Toxine aus MON810. Trotz höherer Expressionsraten des Cry3 Bb1-Proteins in den Wurzeln, wurden bei MON88017 keine Veränderungen der Muster genetischer fingerprints der Bakteriengemeinschaften im Wurzelbereich festgestellt. Von den genetischen fingerprints kann auf die Vielfalt der Bodenbakterien geschlossen werden (zu den Ergebnissen vgl. Armin Werner, Ulrich Stachow, Regina Becker, Michael Glemnitz, Angelika Wurbs, Stefan Vidal, Christoph Tebbe und Kerstin Schmidt im Oktober

9 Dank und Autorenschaft Dieser Bericht ist durch die Zusammenarbeit vieler entstanden. Dem Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) in Müncheberg als Auftragnehmer stand eine Reihe von Fachleuten anderer Institutionen zur Seite, die entweder im Unterauftrag einzelne Abschnitte des Berichtes verfassten oder auf andere Weise halfen. Ein besonderer Dank geht an die Mitglieder der projektbegleitenden Arbeitsgruppe, mit der das Vorgehen und die Zwischenergebnisse intensiv diskutiert wurden. Dies waren vom BfN Hanka Teichmann, Peter Pretscher, Dr. Beatrix Tappeser und Dr. Frieder Graef, vom BMU Dr. Almuth Ostermeyer-Schlöder und Dr. Lothar Fiedler, vom BMVEL Dr. Christian Hubrich, und von der BBA Dr. Bernd Hommel. Dies trifft in einem noch stärkeren Maße auf den Fachbetreuer des Projektes am BfN, Herrn Dr. Ulrich Sukopp, zu. Die Autorenschaft liegt bei einigen Abschnitten nicht beim ZALF. Zwei Abschnitte wurden verfasst von Dr. Stefan Vidal 1, Universität Göttingen: Wirkungen auf epigäische und hypergäische Nichtzielorganismen (2.3.1) und Modul 2 Wirkungen auf tierische Nichtzielorganismen (einschließlich Bodentiere) (3.1.2). Dr. C. Tebbe 2, FAL Braunschweig, verfasste die Abschnitte Persistenz des Bt-Toxins (Cry1 Ab) (2.3.2), Persistenz der transgenen DNA in Böden und Wahrscheinlichkeiten eines horizontalen Gentransfers der Cry1 Ab-kodierenden Gene (2.3.3), Modul 3 Abbau des Cry1 Ab-Proteins im Boden und in verrottenden Pflanzenresten (3.1.3) und Modul 4 Persistenz der rekombinanten DNA (3.1.4). Frau K. Schmidt 3, BioMath Rostock, schrieb den Abschnitt Statistische Auswertung und Vernetzung der Daten (3.3). Ihnen sei dafür besonders gedankt und darüber hinaus auch für die gute Zusammenarbeit. Weiterhin waren überaus hilfreich: Dr. G.-A. Langenbruch, BBA Darmstadt, bei allen Fragen der Verbreitung und Biologie des Maiszünslers, Dr. B. Hommel, BBA Kleinmachnow, der insbesondere viele Hinweise zum Anbau von Bt-Mais und HR-Mais gab. Dr. R. Ackermann, Leipzig, stellte die Daten zur räumlichen Verteilung des aktuellen Maisanbaus in Deutschland zusammen. Dr. A. Lange, ehemals LfL Freising, nun Universität Basel, Prof. Dr. I. Schuphan, RWTH Aachen (zusammen mit Dr. A. Gathmann), und M. Schorling (BBA Kleinmachnow) überließen uns unveröffentlichte Daten ihrer Untersuchungen zum Anbau von Bt-Mais. Auch den Mitarbeitern des Deutschen Maiskomitees e.v. in Bonn danken wir sehr für ihre Hilfe und ebenso Herrn Dr. Schmidt von der KWS, Einbeck. Das Team am ZALF bestand ebenfalls aus vielen Kolleginnen und Kollegen: Textbeiträge und inhaltliche Mitarbeit haben dabei geleistet: Dr. R. Becker und Dr. A. Ullrich (insbesondere zu den Abschnit Prof. Dr. Stefan Vidal, Institut für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz, Georg-August-Universität Göttingen PD Dr. Christoph Tebbe, Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Institut für Agrarökologie, Braunschweig Dipl.-Mathematikerin Kerstin Schmidt, Gesellschaft für Angewandte Mathematische Statistik in Biologie und Medizin (BioMath), Rostock 9

10 ten über die Mikroorganismen und 3.1.5, aber auch zu vielen weiteren Abschnitten), Dr. R. Roth (zum Anbau von Mais), Dr. M. Glemnitz (zur Segetalflora). Daten, insbesondere GIS Karten und Statistiken hat Frau S. Ehlert verarbeitet, und die redaktionelle Arbeit wurde in bewährter Weise von R. Richter, D. Berger und V. Kannemann geleistet. Auch hier bedanken wir uns sehr herzlich. Die Arbeit wurde gefördert durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Armin Werner und Ulrich Stachow im Dezember

11 1 Einleitung und Zielstellung Der Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen hat sich seit der ersten Aussaat in den USA im Jahr 1996 weltweit bis 2004 auf 81 Mio. ha ausgedehnt. Allein auf fast 50 Mio. ha werden transgene herbizidresistente Sojabohnen produziert, deren Erntemenge mehr als 55% der Weltsojaerzeugung ausmacht. Der verbleibende Flächenanteil entfällt im Wesentlichen auf insekten- und herbizidresistenten Mais, insekten- und herbizidresistente Baumwolle und herbizidresistenten Raps. Dabei ist der auf mehr als 19 Mio. ha, hauptsächlich in den USA, Argentinien, Kanada und Südafrika angebaute Bt-Mais die am weitesten verbreitete transgene Kultur nach Soja und weist die stärksten Zuwachsraten in der Anbaufläche auf (2004 ca. 25% Zuwachs gegenüber 2003). Bt-Mais besitzt durch die Insertion eines Delta-Endotoxin-exprimierenden Gens aus Bacillus thuringiensis eine Resistenz gegenüber dem Schaderreger Ostrinia nubilalis (Maiszünsler). Die wirtschaftliche Bedeutung dieses Schädlings, der relevante Ertragsverluste und eine Qualitätsminderung des Erntegutes infolge pilzlicher Sekundärinfektionen zur Folge haben kann, hat in den letzten zwanzig Jahren erheblich zugenommen. Während Ende der 1970er Jahre nur einzelne Standorte in wärmeren Regionen vom Maiszünslerbefall betroffen waren, gehören heute die meisten Anbauflächen Nord- und Südamerikas sowie nennenswerte Flächenanteile in Süd- und Mitteleuropa zum Befallsgebiet. Auch in Mitteleuropa breitet sich der Maiszünsler nach Norden hin aus und ist z.b. bereits in Mecklenburg-Vorpommern zu finden. Da bisher keine konventionellen resistenten Sorten zur Verfügung stehen, werden die Maisbestände bei entsprechend hohem Befallsdruck mit Insektiziden bzw. vereinzelt auch biologisch mit Trichogramma-Schlupfwespen behandelt. Die herkömmliche Bekämpfung des Schädlings ist jedoch aufgrund der schwierigen Terminierung, der Witterungsabhängigkeit und der sehr kurzen Wirkdauer der Präparate oft nur begrenzt erfolgreich. So lagen in vergleichenden Untersuchungen die Wirkungsgrade der Insektizid- und Trichogramma-Behandlung bei 83-86% bzw %, wohingegen der Bt-Maisanbau (ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand und ohne Schädigungen der Pflanzen durch das Befahren der Flächen) einen nahezu vollständigen Bekämpfungserfolg brachte (Zellner, 1999; Eder, 1999; s. auch Abschnitt 2.2). In den stark vom Maiszünsler betroffenen Gebieten stellt sich damit der Anbau von Bt-Mais als überlegene Strategie zur Ertrags- und Qualitätssicherung, aber auch der Kosten- und Insektizideinsparung im Maisanbau dar. Dies spiegelt sich besonders in der stetigen Ausdehnung des Anbaus gentechnisch veränderter Maissorten in den USA wider, so dass der Dachverband der USamerikanischen Maisproduzenten (NCGA) für das Jahr 2005 erstmals einen Anteil der gentechnisch veränderten Maissorten an der Maisproduktion von mehr als 50% erwartet ( In Europa ist der Bt-Maisanbau dagegen trotz fortschreitenden Maiszünslerbefalls über Versuchsflächen und mehrere Praxisflächen in Spanien von insgesamt ha (2003) nicht hinausgekommen ( Ursache hierfür sind vor allem die in Politik und Gesellschaft kontroversen Diskussionen zum Nutzen bzw. den potenziellen ökologischen und gesundheitlichen Risiken gentechnisch veränderter Organismen. Die Politik entschied daher, den Verbrauchern die Wahlfreiheit zwischen konventionell und mittels Gentechnik erzeugten Produkten zu ermöglichen und damit eine gentechnikfreie Landwirtschaft zu sichern. Da ein Nebeneinander der unterschiedlichen Produktionssysteme jedoch unbeabsichtigte Beeinflussungen, wie die Ausbreitung von transgenem Pollen in Nachbarbestände, Saatgut-Beimischungen oder die unerwünschte Ausbreitung transgener Pflanzen, nach sich ziehen kann, wird darüber gestritten, wie hoch zufällige Beimischungen sein dürfen und welche Auswirkungen der Anbau transgener Pflanzen auf die konventionelle Landwirtschaft und die Umwelt hat. Durch die Verordnung (EG) Nr. 1829/2003 über genetisch veränderte Lebensmittel und Futtermittel, die im November 2003 in Kraft trat, ist ein Schwellenwert von 0,9% Anteil zugelassener GVO festgelegt worden, unterhalb dessen ein Lebens- oder Futtermittel nicht als gentechnisch verändert gilt. 11

12 Bezug nehmend auf diese Problematik plant das BMVEL ein 2005 beginnendes mehrjähriges Forschungsprogramm mit dem Titel Wissenserweiterung beim Anbau von Gv-Pflanzen, in dem komplexe Fragestellungen zur landwirtschaftlichen Koexistenz und Biodiversität beim großflächigen Bt- Maisanbau unter variablen Umwelt- und Produktionsbedingungen untersucht werden sollen. Ziel ist es, sowohl den Landwirten als auch den Verbrauchern mehr Klarheit und Sicherheit im Umgang mit der neuen Technologie zu geben. Ein wesentlicher Aspekt hierbei sollte auch die Beantwortung naturschutzfachlicher Fragestellungen bei einem großflächigen Anbau von Bt-Mais sein. Es bestehen hinsichtlich der Umweltwirkungen von GVP erhebliche Wissensdefizite, darauf wird in Abschnitt 2.1 eingegangen. Zusätzlich zu den bisher offenen inhaltlichen Fragen gibt es aber auch ein Kommunikationsproblem in Bezug auf die bisher vorliegenden Forschungsergebnisse zur biologischen Sicherheit von GVP einschließlich Bt-Mais. Dies liegt zum einen daran, dass es sich bei den vorangegangenen Projekten oft um voneinander unabhängige Einzeluntersuchungen zu diversen Fragestellungen handelte, die unter verschiedenen Bedingungen und mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen bearbeitet wurden. Zum anderen sind die Erfahrungen im großflächigen Praxisanbau noch sehr lückenhaft, da die bisher vorwiegend in Labor- oder Parzellenversuchen gewonnenen Ergebnisse nur begrenzt auf Anbauflächen innerhalb multifaktoriell geprägter Agrarökosysteme übertragbar sind. Auch liegen derzeit keine ausreichenden Kenntnisse zu möglichen Langzeiteffekten von Bt-Mais vor. Diese Situation erschwert eine Gesamtbewertung der ökologischen Wirkungen des Bt-Maisanbaus. Hieraus wurde in Abstimmung zwischen dem BMVEL und dem BfN der Vorschlag entwickelt, das auf landwirtschaftliche Koexistenzfragen ausgerichtete Vorhaben durch ein naturschutzfachliches Forschungsprogramm zu ergänzen und somit aufbauend auf den gegenwärtigen Kenntnissen eine objektiven und vielseitigen Ansprüchen gerecht werdende Bewertungsbasis für den Bt-Maisanbau zu schaffen. Daher wurde vom BfN das F+E-Vorhaben Erarbeitung eines Konzeptes für ein mehrjähriges Forschungsprogramm zu naturschutzfachlichen Fragestellungen bei einem ersten Anbau gentechnisch veränderter Kulturpflanzen am Beispiel von herbizid- und insektenresistentem Mais initiiert. Ziel dieses Programms ist es, die Wirkungen des Bt-Maisanbaus auf die Biodiversität und den Naturhaushalt im Vergleich zum konventionellen Maisanbau unter allen relevanten Optionen der landwirtschaftlichen Praxis zu untersuchen und zu bewerten. Hierbei sollen insbesondere Fragen des Verbleibs der Transgene und Bt-Toxine in der Umwelt sowie Fragen zu den Effekten von Bt-Mais auf die biologische Vielfalt und die Funktionen von Nichtzielorganismen einschließlich der Bodenmikroorganismen und der Bodenfunktionen beantwortet werden. Ein wesentlicher weiterer Aspekt ist die Einschätzung von indirekten ökologischen Wirkungen, die sich durch Veränderungen des Anbauverfahrens (z.b. Förderung des pfluglosen Anbaus / Mulchsaatverfahren, Insektizideinsparung) ergeben könnten. Zu diesen Schwerpunkten sollen im Konzept die wichtigsten Fragestellungen benannt und darauf aufbauend geeignete Merkmale 4 und Erfassungsmethoden ausgewählt werden. Weiterhin sollen der räumliche und zeitliche Bezug der Erhebungen und die Methoden der Stichprobenwahl sowie der statistischen Auswertung der Ergebnisse festgelegt werden. Grundlage hierfür sind die in der Begleitforschung gewonnenen Erkenntnisse sowie auch die Erfahrungen aus dem bisherigen Praxisanbau. Zur Bewertung der Realisierungsmöglichkeiten des Programms soll eine überschlägige Kostenkalkulation durchgeführt werden. 4 Merkmale in diesem Zusammenhang werden oft Parameter genannt. Wir halten den Begriff Merkmal für besser, da Parameter eine klar definierte Bedeutung und Verwendung in der Statistik hat. 12

13 2 Grundlagen 2.1 Umweltrisiken von GVP Allgemeine Umweltrisiken beim Anbau von GVP Über Umweltrisiken des GVP-Anbaus liegen umfangreiche Darstellungen vor. Im Folgenden werden insbesondere diejenigen Risiken genannt, die in Hinblick auf die Möglichkeiten einer wissenschaftlichen Überprüfung entsprechender Hypothesen eine besondere Bedeutung haben, insbesondere in Bezug zum großflächigen Anbau von Bt-Mais. Die vom GVP-Anbau ausgehenden Umweltrisiken weisen Merkmale auf, die kennzeichnend sind für systemische Risiken: Negative Umweltwirkungen des GVP-Anbaus sind durch ein hohes Maß an Komplexität und Ungewissheit gekennzeichnet. Die Art, das Ausmaß und die Eintrittswahrscheinlichkeit negativer Folgeeffekte sind unter Umständen erst nach längeren Zeiträumen zu erkennen. Eintrittswahrscheinlichkeiten und Schadensausmaß sind ebenso wie die räumliche und zeitliche Dimension nur sehr schwer, evtl. gar nicht quantifizierbar. Erfahrungswerte fehlen weitgehend. Für das Risikomanagement fehlen in vielen Fällen wissenschaftlich erprobte Routineverfahren bzw. Referenzdaten. Im Rahmen von Kurzzeituntersuchungen ist es schwierig, Eintrittswahrscheinlichkeiten und das Ausmaß von Schäden genau zu bestimmen. Die Ergebnisse lassen sich zudem in aller Regel nicht auf langfristige und großflächige Anbauszenarien hochrechnen, da viele Umweltwirkungen ein nichtlineares oft sprunghaft akkumulatives oder degressives Verhalten zeigen. Der GVO-Anbau kann über große Entfernungen und längere Zeiträume negative Umweltveränderungen hervorrufen. Denkbar sind z.b. Verluste an Biodiversität und Störungen der Funktionsfähigkeit von Ökosystemen. Die großräumige Variabilität der Natur- und Agrarräume kann dazu führen, dass GVO regional unterschiedliche Auswirkungen haben. Bestimmte Typen von Landschaften und Regionen weisen somit eine höhere Sensitivität auf als andere. Für die Situation in der deutschen Landwirtschaft kommt erschwerend hinzu, dass derzeit nur wenige Messergebnisse zur Verfügung stehen, weil der Anbau von GVO bisher auf kleine Flächen begrenzt war, nur sehr wenige praktische Erfahrungen mit dem Anbau von GVO gemacht werden konnten und die zukünftige Akzeptanz gentechnisch veränderter Sorten in der Landwirtschaft unklar ist. Anbauverteilungen, Anbauanteile und Produktionsverfahren mit gentechnisch veränderten Sorten werden sich erst mit der Markteinführung dieser Sorten ergeben. Dies alles erschwert die Bildung von Hypothesen über mögliche Auswirkungen auf Natur und Landschaft, die über allgemeine Formulierungen hinausgehen und im Freiland im Einzelnen untersucht werden können. Hinzu kommt das Problem der Dynamik von Agrarlandschaften unabhängig von der Einführung von GVO. Wir erleben bereits seit Jahrzehnten jährlich gravierende Veränderungen der Agrarökosysteme durch verschiedene Ursachen, z.b. durch den technischen und züchterischen Fortschritt, durch Veränderungen der Marktsituation und entsprechende Anpassungen auf der Ebene der Produktionsverfahren und Betriebsstrukturen, durch staatliche Förderprogramme etc. Für die nächsten Jahre ist keine Trendwende zu stabileren Agrarstrukturen zu erkennen. Bei Betrachtung des Maisanbaus ist diese Dynamik bereits in den letzten Jahrzehnten zu erkennen. Sie wird sich wahrscheinlich auch unabhängig von der Einführung gentech- 13

14 nisch veränderter Sorten in Zukunft fortsetzen (z.b. durch züchterischen Fortschritt, neue Verwendungsgebiete; s. Abschnitt 2.2.2). Überlagert wird diese Dynamik von klimatischen Veränderungen und anderen Elementen des Global Change, die Auswirkungen auf die Umwelt haben können, z.b. durch Einträge von Pflanzennährstoffen und Schadstoffen durch die Luft und Ausbreitung invasiver Arten. Auch hierdurch können sich die Zusammensetzung von Biozönosen und die Verbreitung von Arten verändern (Carpenter et al., 1993). All dies hat komplexe Auswirkungen auf den Naturhaushalt, wie sie in ähnlich komplexer Weise sicherlich auch von einem großflächigen Anbau gentechnisch veränderter Sorten künftig hervorgerufen werden können. Dies stellt hohe Anforderungen an die Konzipierung von Untersuchungen der Umweltwirkungen von GVO, um GVO-spezifische Ursachen von anderen Faktoren verlässlich zu trennen. Reichenbecher et al. (2005) weisen darauf hin, dass transgene Pflanzen erst seit neun Jahren angebaut werden und inhärente Risiken bisher nicht ausreichend durch entsprechend langfristige Untersuchungen erfasst werden konnten. Nach Züghart et al. (2005) ist der Kenntnisstand zu Wirkungen von GVO auf Natur und Landschaft noch sehr lückenhaft, u.a. deswegen, weil sich Effekte auf unterschiedlichen biologischen Organisationsstufen und über mehrere trophische Ebenen hinweg zeigen können. Zudem sind Umweltwirkungen von GVO bekannt, welche weder räumlich noch zeitlich eingrenzbar sind. Die Autoren vertreten die Auffassung, dass Wirkungen von GVO auf Natur und Landschaft in allen potenziell betroffenen Lebensräumen beobachtet werden sollten, wobei durch ausreichend große Stichproben eine statistische Auswertung ermöglicht werden muss. Je mehr GVO großflächig eingesetzt werden, desto mehr Relevanz gewinnt aufgrund der Zunahme der Quelleffekte bei gleichzeitiger Berücksichtigung lokaler Effekte die Erforschung großräumiger Wirkungen auf Natur und Landschaft. Wie oben erläutert überschreiten diese jedoch z.t. den Rahmen dessen, was bei Einzeluntersuchungen direkt erfassbar ist. Derzeit ist es nicht möglich, die ökologischen Folgen von GVO umfassend vorherzusagen (Barrett et al., 2001; Dunfield & Germida, 2004; Ervin et al., 2003; Jank & Gaugitsch, 2001; Letourneau et al., 2003; Stewart et al., 2003; Wolfenbarger & Phifer, 2000). Der für eine solide Risikoabschätzung erforderliche Datenumfang ist Gegenstand wissenschaftlicher Diskussionen (Andow & Hilbeck, 2004; Hayes, 2004; Kowalchuk et al., 2003; Marvier, 2002; Poppy, 2004; Wilkinson, 2004; Wilkinson et al., 2003). Dabei sind direkte und indirekte Umweltwirkungen von GVO zu unterscheiden. Direkte Umweltwirkungen werden durch die Pflanze selbst hervorgerufen. Beispielsweise können transgene Pflanzen Gene durch Auskreuzung an verwandte Wild- wie auch andere Kulturpflanzen weitergeben (Gepts & Papa, 2003). Indirekte Wirkungen können durch die Art des GVO-Anbaus verursacht werden, wenn sie von der Art des Anbaus konventioneller Sorten abweicht. Ebenso ist zu beachten, dass unterschiedliche Sorten verschiedene Auswirkungen haben können, auch wenn sie nicht gentechnisch verändert wurden. Daher muss ein Sorteneffekt immer sorgfältig berücksichtigt werden, wenn Auswirkungen gentechnisch veränderter Sorten untersucht werden sollen und dabei die mittels Gentechnik eingeführte Eigenschaft zu prüfen ist. Bei der räumlich differenzierten Abschätzung regionaler und überregionaler Umweltwirkungen von GVP bestehen besonders gravierende Wissensdefizite. Dies hängt auch mit den praktischen Schwierigkeiten bei der Anlage geeigneter Experimente zusammen. Hier kann man jedoch die landwirtschaftliche Praxis mit einem Beobachtungsprogramm begleiten. Wirkungsabschätzungen auf dieser Ebene erfordern u.a. valide Extrapolationen kleinräumiger Befunde. Der Sinn einer solchen Extrapolation auf große Räume ist, Gebiete zu identifizieren, in denen nach dem bisherigen Wissensstand die Wahrscheinlichkeit des Eintretens von Wirkungen erhöht ist. Diese Gebiete sollten in einem Untersu- 14

15 chungsprogramm besonders berücksichtigt werden. Letztlich bildet die großräumige Praxis die eigentliche Herausforderung der ökologischen Risikoanalyse. Zur Abschätzung möglicher Effekte in großen Gebieten (z.b. Bundesländer) und Herausarbeitung von geographischen Regionen, denen bestimmte Risikostufen zugeordnet werden können, hat sich ein methodischer Ansatz als vorteilhaft erwiesen, bei dem Informationen aus folgenden Quellen miteinander verkoppelt werden (Breckling et al., 2003, Wilkinson et al., 2003): (1) Modelle zur Abbildung der Populationsentwicklung risikobelasteter Organismen bzw. Organismengruppen (Kulturpflanze-Wildpflanze-Komplexe aus Populationen gentechnisch veränderter Kulturpflanzen und Wildpflanzenpopulationen, Hybride aus Auskreuzungen, resistente Organismen; Colbach et al., 2001), (2) räumliche Ausbreitungsmodelle, (3) verfahrensbasierte Managementmodelle, (4) flächenhaft vorliegende Daten zu Biotoptypen, Bodenverhältnissen etc. sowie (5) landwirtschaftliche Anbaudaten. Diese Methodik wurde bisher für gentechnisch veränderten Raps in den Bundesländern Brandenburg und Schleswig-Holstein angewendet. Die Ergebnisse könnten genutzt werden, um Hypothesen über die regionale Verteilung von Auswirkungen des Anbaus von gentechnisch verändertem Raps zu formulieren, die im Freiland untersucht werden sollen. Für Mais liegt eine entsprechende Vorarbeit bislang nicht vor. Die bisher umfangreichsten Untersuchungen zu Auswirkungen von GVO auf Natur und Landschaft wurden im Rahmen der Farm Scale Evaluations (FSE) in Großbritannien durchgeführt. Diese Untersuchungen haben eine große Bedeutung für die vorliegende Studie. Es sollte versucht werden, methodische Schwächen der FSE zu vermeiden Spezielle Umweltrisiken beim Anbau von Bt-Mais Mais ist eine einjährige Kulturpflanze, die in Deutschland keine Hybridisierungspartner besitzt und nicht frosthart ist, also im Winter abstirbt. Hypothesen über Umweltwirkungen von gentechnisch verändertem insektenresistentem Bt-Mais basieren hauptsächlich auf Nichtzieleffekten des Bt-Toxins, sei es aufgrund von Polleneintrag in Nichtzielökosysteme oder aufgrund von Wurzelexsudaten bzw. Bestandsabfällen in Agrarökosystemen. Eine Übersicht über spezifische Umweltwirkungen haben Züghart & Breckling (2003) vorgelegt, die z.t. in Menzel et al. (2005, S. 47/48) modifiziert zusammengefasst und dort mit einer Bewertung der Relevanz für Schutzgebiete versehen werden. Danach sind für den Schutz der Biodiversität und speziell den Artenschutz folgende Hypothesen über Wirkungen des Bt-Maisanbaus besonders wichtig, die auch als relevant oder sehr relevant für Schutzgebiete angesehen werden (als weniger relevant gilt dabei allerdings die Hypothese zur Wirkung der Bt-Toxine im Boden, s. unten). Diese Hypothesen werden hier verkürzt wiedergegeben: Pollenausbreitung (Pollen von Bt-Mais) durch Wind oder Insekten bis in Schutzgebiete hinein, Auskreuzung von Bt-Mais und Ausbreitung der Fremdgenkonstrukte in nicht transgene Maiskulturen, erhöhte Fracht transgener Pollen beim Anbau von verunreinigtem Saatgut, Nichtzielorganismen: o Schädigung durch Aufnahme des Bt-Toxins (direkt oder indirekt), o Verschiebungen innerhalb des Nahrungsnetzes, o Bt-Toxin im Boden kann Bodenorganismen schädigen und Bodenbiozönosen verändern, o Bt-Toxin kann sich in Gewässern anreichern und aquatische Organismen schädigen. 15

16 Nach der Terminologie von Bartz et al. (2005) gehen von der Gentechnologie Impulse aus (z.b. Veränderungen in der Landbewirtschaftung), die über Prozesse zu Auswirkungen auf Schutzgüter führen (z.b. Veränderungen der Biodiversität). Dabei können Indikatoren oder direkte Messungen ökologischer Schäden 5 auf der Ebene der Impulse, der Prozesse oder der Auswirkungen ansetzen. Während sich die beiden ersten oben genannten Hypothesen auf die Prozesse der Pollenausbreitung und Auskreuzung beziehen, fokussiert die dritte Hypothese auf Auswirkungen auf Nichtzielorganismen, die z.t. auf der Pollenausbreitung beruhen. Im weiteren Text des vorliegenden Berichtes und in der Konzipierung von Untersuchungsvorschlägen wird nur die Ebene der Auswirkungen auf Schutzgüter betrachtet, da es hier am ehesten möglich erscheint, eine Bewertung (z.b. als Schaden) durchzuführen. Für die indirekten Wirkungen des Bt-Maisanbaus (durch veränderte landwirtschaftliche Praxis) gilt dies nicht, da es zurzeit noch nicht möglich ist, Veränderungen in der Anbaupraxis zu erfassen und testbare Hypothesen hinsichtlich der Auswirkungen auf Schutzgüter abzuleiten. Anstelle dessen wird vorgeschlagen, zunächst die Impulse, also die Anbaupraxis selbst, zu analysieren (s. Abschnitt 2.3.5). 2.2 Gentechnisch veränderter Mais mit Insekten- und Herbizidresistenz Zugelassene gentechnisch veränderte Maissorten Nach der EU-Richtlinie 90/220/EWG bzw. seit Oktober 2002 nach der Richtlinie 2001/18/EG wurden bisher (Stand 2005) vier Sorten (Transformanten) von gentechnisch verändertem Mais für den Anbau bzw. den Import zur Verwendung als Futtermittel und verarbeitetes Lebensmittel in der EU zugelassen (Tab. 2.2/1). Eine detaillierte Übersicht zu den gegenwärtig in der EU marktzugelassenen Maissorten findet sich in Devos et al. (2005). Tab. 2.2/1: Gentechnisch veränderte Maissorten (Transformanten), für die ein Inverkehrbringen in der Europäischen Union (EU) gemäß Richtlinie 90/220/EWG bzw. Richtlinie 2001/18/EG genehmigt wurde (nach BVL, 2005) Transformante (Firma) MON810 (Monsanto) Bt 11 (Novartis) Bt 176 (Novartis) Liberty Link T25 (Aventis) Merkmale Insektenresistenz basierend auf Cry1 Ab-Gen a (verkürzt) Genehmigung / Jahr des Bescheides der nationalen Behörde Anbau, Futter, Verarbeitung / 1998 Insektenresistenz basierend auf Cry1 Ab-Gen a Import, Lagerung, Verarbeitung / und Basta -Resistenz basierend auf pat-gen b 1998 Insektenresistenz basierend auf Cry1 Ab-Gen a Anbau, Futter, Verarbeitung / und Basta -Resistenz basierend auf bar-gen b 1997 Basta -Resistenz basierend auf pat-gen b (synthetisch) Anbau, Futter, Verarbeitung / 1998 a) Cry1 Ab-Gen aus Bacillus thuringiensis codiert für spezifisches Endotoxin gegen Larven des Maiszünslers (Ostrinia nubilalis) b) pat-gen aus Streptomyces viridochromogenes bzw. bar-gen aus Streptomyces hygroscopicus vermitteln Phosphinothricin-(Glufosinat)-Resistenz/Toleranz 5 Bartz et al. (2005) geben folgende Definition: Ein ökologischer Schaden liegt vor, wenn ein abiotisches Schutzgut (Boden, Wasser, Luft/Klima) oder ein biotisches Schutzgut (Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen) erheblich beeinträchtigt ist, und zwar hinsichtlich der Gesamtheit oder von Teilen eines Schutzgutes oder des Schutzgutes als Bestandteil eines Wirkungsgefüges mit anderen Schutzgütern oder der nachhaltigen Nutzungsfähigkeit eines Schutzgutes oder des mit ihm verbundenen Wirkungsgefüges. 16

17 Bei drei der zugelassenen Transformanten (MON810, Bt 11, Bt 176) handelt es sich um Bt-Mais mit Maiszünsler-Resistenz auf der Basis des Cry1 Ab-Gens, die bei Bt 11 und Bt 176 mit einer Resistenz gegenüber dem Breitbandherbizid Basta (Wirkstoff Glufosinat = Phosphinothricin) gekoppelt ist. Eine Transformante (T25) besitzt lediglich die transgene Basta -Resistenz. Auch wenn der Einsatz von Breitbandherbiziden in Maisfeldern aus Sicht des Pflanzenbaus durchaus vorteilhaft sein kann, ist in der EU vorrangig die Insektenresistenz transgener Maissorten von Interesse. So wurden im Jahr 2004 insgesamt 17 Bt-Maissorten, die auf die Transformante MON810 zurückgehen und als gentechnisch eingeführtes Merkmal ausschließlich eine Maiszünsler-Resistenz enthalten, in den EU-Sortenkatalog für landwirtschaftliche Kulturen aufgenommen. Auch ein Großteil der bisherigen Anbauversuche mit Bt-Mais in Deutschland einschließlich des Erprobungsanbaus 2004 erfolgte mit MON810. Aus diesem Grund soll sich das naturschutzfachliche Forschungsprogramm hauptsächlich auf Fragen des Anbaus von Bt-Mais MON810 konzentrieren. Weiterhin werden mögliche Auswirkungen von herbizidresistenten Maissorten dargestellt, insbesondere auf vegetationsökologische Merkmale Pflanzenbauliche Aspekte des Maisanbaus in Deutschland 6 Im folgendem wird auf den Anbau von Mais eingegangen, da dadurch die Vielschichtigkeit der naturschutzfachlichen Fragestellungen bei Bt-Maisanbau deutlicher werden kann. Es muss verstanden werden, dass im Maisanbau eine Fülle pflanzenbaulicher Optionen zur Verfügung stehen, die je nach Standort, Betriebstyp und Entwicklungsmöglichkeiten des Betriebes gewählt werden können. Dabei ist die zukünftige Bedeutung des Maisanbaus in der deutschen Landwirtschaft nicht klar zu erkennen. Während der züchterische Fortschritt wahrscheinlich in starkem Maße weitergehen wird und auch die Nutzung als Energiepflanze sicherlich sehr stark an Bedeutung gewinnen wird, ist die Beurteilung der zukünftigen Produktionssysteme, Anbauanteile und der regionalen Verbreitung des Anbaus unsicher. In den vergangenen Jahren (ab 2000) wurden in Deutschland jährlich 1,5 bis 1,7 Mio. ha Mais angebaut. Im Jahr 2004 war mit ha ein Rekordwert zu verzeichnen, der um 6,6% höher als der Wert vom Vorjahr lag. Dies lag auch daran, dass durch die extreme Trockenheit des Vorjahres (2003) und mit den damit verbundenen geringen Erträgen die Silovorräte wieder aufgefüllt werden mussten. Auf ca. 78% der Maisanbaufläche wird Silomais geerntet (2004 fast 1,3 Mio. ha), auf der übrigen Fläche Körner- bzw. CCM-Mais. Dabei steht in jedem Fall die Erzeugung von Futter mit hohen Erntequalitäten im Vordergrund. Daneben erhält der Mais derzeit als Pflanze zur Stärke- oder Energiegewinnung zunehmende Bedeutung. Vor allem Mais für die Energieerzeugung wird künftig wahrscheinlich zur Erweiterung der Anbaufläche beitragen. Mais zur Stärkegewinnung stammt bisher überwiegend aus Importen. Standortansprüche Temperatur In Deutschland wird die verfügbare Wachstumszeit der Maispflanze wesentlich durch die regional unterschiedlichen Temperaturen beeinflusst. Die Temperatursumme entscheidet über das Maß der Ausreife und die Ertragsbildung. Aus den täglichen Lufttemperaturen von Mitte April bis Mitte November wurden nach der Maximum- Minimum-Methode bei einer Basistemperatur von 8 C spezifische Temperatursummen für die Bun- 6 Die meisten Informationen in diesem Abschnitt stammen vom DMK (Deutsches Maiskomitee; siehe im Internet unter: 17

18 desrepublik Deutschland berechnet. Die oberrheinische Tiefebene ist mit Summenwerten über 1600 C wärmste Region. Vergleichbar warme Gebiete mit C sind die Kölner Bucht, der Kraichgau, die untere Donau, die Leipziger Bucht und das südliche Brandenburg, allerdings mit deutlichen Unterschieden in der Trockenheitsgefährdung. Mit abnehmender geographischer Breite und zunehmender geographischer Länge, also mit zunehmender Entfernung von der Küste, nimmt die spezifische Temperatursumme (berechnet für die Zeit von Mitte April bis Mitte November) zu. Diese Zunahme ist im Norden stärker ausgeprägt als im Süden. In den Mittelgebirgslagen ergeben sich für den Maisanbau sehr heterogene, stark von der Höhenlage und der Hanglage beeinflusste Temperaturverhältnisse. Mit der Höhe nimmt die Temperatursumme im gesamten Bundesgebiet um etwa 1 C je Höhenmeter ab. Bereits zur Keimung benötigt Mais Bodentemperaturen zwischen 8 C und 10 C. Auch für die Jugendentwicklung sind Temperaturen von mehr als 10 C entscheidend, um den für die Gesamtentwicklung wichtigen Kurztag auszunutzen. Wasser Mais besitzt als C4-Pflanze einen vergleichsweise geringen Bedarf an Wasser zur Produktion von pflanzlicher Substanz. Der Transpirationskoeffizient (benötigte Gewichtseinheit Wasser pro Gewichtseinheit Trockensubstanz der Fruchtart) liegt bei Mais mit ca. 300 etwa bei der Hälfte der Werte von C3 Pflanzen. Dies wird allerdings von anderen C4-Arten noch unterboten, z.b. Sorghum (ca. 200). Mit der Beregnung kann grundsätzlich in trockenen Anbauregionen das Ertragspotential von Körnermais ausgeschöpft und in Trockenperioden auf allen Standorten das Ertragsrisiko vermindert werden. Allerdings sind Kosten und Nutzen genau abzuwägen. Der Wasserbedarf von Mais ist hinsichtlich seiner Bedeutung bisher hinter den Ansprüchen an die Temperatur zurückgetreten, er kann aber für bestimmte Nutzungsformen des Mais in der Zukunft sehr viel wichtiger werden. Dies liegt daran, dass der züchterische Fortschritt immer höhere Ertragspotenziale erbringt und damit auch der Wasserbedarf steigt. So wird bei Maissorten für die Energieerzeugung ein Ertrag von 300 dt/ha innerhalb der nächsten 10 Jahre für möglich gehalten, dies liegt weit über den heutigen Silomaiserträgen (ca. 180 dt/ha). Dieses Potenzial kann aber nur bei ausreichender Wasserversorgung ausgeschöpft werden, also in Regionen mit deutlich mehr als 800 mm Jahresniederschlag (W. Schmidt, KWS, mündl. Mitteilung, 2005). Boden Die Ansprüche der Maispflanze an den Boden sind gering. Zu beachten sind jedoch Wechselwirkungen mit dem Klima und der Wasserversorgung. Als wärmeliebende Pflanze gedeiht Mais in den wärmeren Anbaugebieten besonders gut, insbesondere auf humusreichen Böden mit stabiler Krümelstruktur, die ein ausreichendes Speichervermögen für Wasser und Nährstoffe besitzen. Ein erfolgreicher Anbau ist aber auch in klimatisch ungünstigeren, kälteren Anbauregionen möglich, wenn leichtere, im Frühjahr rasch erwärmbare Böden vorliegen, die Niederschläge günstig verteilt sind und geeignete Sorten verwendet werden. Vor- und Nachteile verschiedener Bodenarten sind in Tab. 2.2/2 zusammengefasst (nach DMK). Diesen Ansprüchen muss vor allem durch die Anbautechnik (Sortenwahl, Aussaatzeitpunkt, Bodenbearbeitung) Rechnung getragen werden. 18

19 Tab. 2.2/2: Einige Vor- und Nachteile verschiedener Böden für den Maisanbau (nach DMK) Bodenart Günstig Ungünstig Leichte Böden Erwärmung Wassermangel Mittlere Böden Schwere Böden Moorböden Wasser- und Nährstoffversorgung Anmoorige Böden Erwärmung Spätfröste Kalk- und Mergelböden Erwärmung Wassermangel Staunasse verdichtete Böden langsame Erwärmung, Verkrustung langsame Erwärmung, Spätfröste Langsame Erwärmung, eingeschränkte Anbaueignung Fruchtfolge In Deutschland stellt ein Anbauanteil von ca. 10% Mais auf dem Ackerland im Prinzip kein Problem bei der Organisation der Anbaufolgen dar. Da sich der Maisanbau z.t. aber sehr stark an Verbrauchsbzw. Verarbeitungsstandorten konzentriert, sind in verschiedenen Regionen auch wesentlich höhere Anbauanteile festzustellen, die z.t. bei über 50% des Ackerlandes liegen. Auch in verschiedenen Gebieten anderer europäischer Länder wird Mais z.t. in mehrjährigen Selbstfolgen bzw. in begrenzten Monokulturen angebaut. Nach Versuchsergebnissen auf unterschiedlichen Standorten gilt der Mais nach mehreren Autoren als selbstfolgestabile (nicht selten selbstfolgestabilste) Pflanzenart. Zur Unterbrechung von Getreidefolgen erhält der Mais zunehmend den Rang einer Blattfrucht, ohne jedoch die phyto- und bodensanitären Wirkungen anderer echter Blattfrüchte erbringen zu können. Typische Vor- und Nachfrüchte Mais wird sehr häufig (etwa zu 85%) nach einer Getreide 7 -Vorfrucht angebaut. Die relativ lange Zeitspanne nach der Ernte der Vorfrüchte und ein im Vergleich zu anderen Sommerfruchtarten relativ später Bestelltermin des Mais (April/Mai) begünstigen den Anbau von Zwischenfrüchten vor dem Maisanbau. Im Laufe der vergangenen Jahrzehnte hat sich jedoch der Zwischenfruchtanbau hinsichtlich der verwendeten Fruchtarten und der Nutzungsansprüche der Biomasse von intensiven Anbauformen bis zur ersatzlosen Aufgabe mehrfach stark gewandelt. Dabei ist für eine um Nachhaltigkeit bemühte zukunftsfähige Landnutzung der Zwischenfruchtanbau vor Mais unbedingt zu fordern und zu fördern, da damit eine Reihe von Umweltgütern geschützt werden, z.b. der Boden vor Wind- und Wassererosion und vor Auswaschung von Nährstoffen. Für den Zwischenfruchtanbau steht je nach Standort und Nutzungssystem eine große Auswahl von Pflanzenarten zur Verfügung, wobei aus der Sicht der Gestaltung des Anbauverfahrens zwei Hauptgruppen zu unterscheiden sind, die abfrierenden (z.b. Senf, Ölrettich, Phacelia, Lupinen, Futtererbsen) und die winterharten (z.b. Winterrübsen, Winterraps, Winterroggen) Zwischenfrüchte. Gleiche Vorteilswirkungen werden auch für den Anbau mehrschnittiger (und mehrjähriger) Ackerfutterpflanzen (Kleegras, Luzernegras, Feldgras) in Anbaufolgen mit Mais beschrieben. Traditionell wird nach Mais in aller Regel Getreide (Sommer- und Wintergetreide) angebaut. Die vom jeweiligen Witterungsverlauf, der Sortenwahl und der erwünschten Erntequalität abhängigen Erntetermine des Mais zwangen auch bereits in der Vergangenheit zur gezielten Auswahl der angebauten 7 Hier ist Getreide ohne Mais gemeint. 19

20 nachfolgenden Getreidearten (z.b. Winterroggen, Triticale, Winterweizen, Sommergerste, Hafer). Seit etwa 5 Jahren wird die Auswahl der Fruchtarten/Getreidearten nach dem Maisanbau zusätzlich durch die Forderung möglichst niedriger Toxinwerte (bes. Mykotoxine) im Erntegut beeinflusst. Zweifelsfrei steht inzwischen die Förderung des Auftretens toxinbildender Mikroorganismen durch den Maisanbau im Vergleich zu anderen Vorfrüchten für Getreide fest. Bisher lassen sich auch durch Kombination verschiedener Gegenmaßnahmen, wie z.b. intensive tiefe Bodenbearbeitung nach der Maisernte, Vorfruchtwahl, Anbau widerstandsfähigerer Sorten und chemische Bekämpfung, nur Teilerfolge im Sinne der Sicherung der Qualitätsnormen erzielen. Die Wahl der Nachfrucht wird deshalb durch diese Situation zukünftig wahrscheinlich stark beeinflusst werden. Als Ausweichvarianten gegenüber dem Getreide erscheinen dabei auch der Anbau von Mais nach Mais (s. oben) oder der Anbau von Leguminosen oder Öllein als Nachfrüchte vom Mais als geeignete Möglichkeiten, wobei sich der Öllein besonders nach dem Anbau von Körnermais anbietet. Sicherlich gewinnt in diesem Zusammenhang auch die Variante der begrünten Stilllegung nach Mais zukünftig an Bedeutung. Ausgangspunkt dafür könnte dabei auch die heute bereits in niederschlagsreichen Gebieten in mehreren Ländern praktizierte Grasuntersaat im Mais sein. Anbauverfahren für Mais Es wird folgende These aufgestellt: Die Verfahren für den Anbau traditioneller/klassischer und Bt- Maissorten unterscheiden sich bis auf die Sortenwahl nicht grundsätzlich. Die Gültigkeit dieser These ist für jeden Schadorganismus bzw. Schadfaktor zu überprüfen. Wesentliche Schritte des Anbauverfahrens werden deshalb nachfolgend auch nur einmal, allerdings unter dem Blickwinkel einer möglichen Beeinflussung von Schaderregern dargestellt. Besonders zu beachten ist dabei die Ausbreitung des Maiszünslers (s. unten), die sich in Zukunft wahrscheinlich weiter fortsetzen wird. Eine wirksame Kontrolle der Vorkommen dieses Schaderregers und die effektive Minderung ständig zunehmender Schadwirkungen sind angesichts der Erregerbiologie insbesondere auf zwei Wegen denkbar: Anwendung eines Wirkstoffes, der über eine längere Zeit im Saftstrom der Pflanze seine Wirksamkeit behält, um die fressenden Raupen abzutöten, oder der Anbau von Bt-Sorten. Schritte des Anbauverfahrens Bodenbearbeitung nach der Ernte der Vorfrucht bis zur Bestellung In diesem Verfahrensabschnitt überwiegen die Wirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit, die Verringerung unproduktiver Wasser- und Bodenverluste sowie die Minderung des Fremdpflanzenbesatzes. Vor allem beim Anbau von Mais nach Mais als Vorfrucht (Maisselbstfolge) ist durch Förderung der Verrottung der Erntereste durch entsprechende Bearbeitung vermutlich ein gewisser Einfluss auf die Zünslerpopulation zu erzielen. Bestellung: Mais legen, aussäen Auf dem überwiegenden Teil der europäischen Maisanbaufläche wird Mais als Reihenkultur mit Reihenabständen zwischen 40 und 75 cm (bis 100 cm als Ausnahme) angebaut. Die Bestellung erfolgt entweder als Direktsaat ohne weitere Bodenbearbeitung, z.b. in abgefrorene Zwischenfrüchte bzw. auf Flächen, die mit Roundup behandelt wurden, oder auf Flächen, die nach zusätzlicher Frühjahrsbodenbearbeitung gepflügt (Winterfurche) oder gemulcht wurden. Diese Ausführungen gelten ausnahmslos gleichermaßen für den Anbau von traditionellen und Bt-Sorten. Der einzige, aber gravierende Un- 20