Herbizid

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Herbizide (lat.: herba = Kraut, Gras) oder Unkrautbekämpfungsmittel sind Substanzen, die störende Pflanzen abtöten sollen.

Kulturpflanzen stehen im Wettbewerb mit Unkräutern um Wasser, Nährstoffe und Licht. Dichter Unkrautbewuchs kann die Ernte sehr erschweren und deutlich vermindern. Unkräuter können manuell, mit Maschinen oder mit Herbiziden dezimiert werden. Es wird zwischen selektiven Herbiziden, die gegen bestimmte Pflanzen wirken und Breitbandherbiziden, die gegen sehr viele Pflanzen wirken, unterschieden. In einer Pflanzenzelle sind die Chloroplasten für die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser zu Kohlenhydraten verantwortlich. In diesen Stoffwechsel greift die Mehrzahl der Herbizide ein.

Hohe gesetzliche Hürden haben zum Ziel, die Anwendung von Herbiziden im öffentlichen Bereich auf das unbedingt notwendige Maß zu beschränken. Entsprechend der bisherigen gesetzlichen Regelungen muss bei der chemischen Unkrautregulierung unterschieden werden zwischen genehmigungsfreien und genehmigungspflichtigen Flächen.


Anwendung von Herbiziden

Die Aufbringung auf das Feld erfolgt in wässrigen Suspensionen. Hersteller bieten Wirkstoffsuspensionen in Emulgaten und Pulvern an, die mit Wasser verdünnt werden. Setzt man die Herbizide vor oder während der Saat ein, so nennt man sie Vorauflauf-Herbizide. Nachauflauf-Herbizide verwendet man nach der Bildung von ersten Keimblättern.[1]

Mitunter hat das Herbizid auch Einfluss auf das Wachstum einer Kulturpflanze. Daher verwendet man Herbizide meist vor dem Aufbringen der Saat. Kulturpflanzen können die Herbizide schneller biologisch abbauen als Unkräuter, so dass die Herbizide hauptsächlich für Unkräuter schädlich sind. Vielfach sind besondere Chemikalien, sogenannte Safener, in der Wirkstofflösung enthalten. Die Safener bewirken in der Kulturpflanze eine noch schnellere biologische Stoffumwandlung der Herbizide, in Unkräutern bleibt hingegen die Schadwirkung erhalten.

In den USA und Argentinien ist die Verwendung von gentechnologisch veränderten Saatmaterial (z. B. Soja) mit hoher Herbizidtoleranz verbreitet. Die Kulturpflanze ist unempfindlich gegen hohe Herbizidkonzentrationen, ihr Wachstum bleibt gut.

Weinbau

Handgeführtes Spritzrohr mit Momentabstellventil, Druckreduzierventil und Manometer

Herbizidanwendungen werden in der Regel im Spritzverfahren mit folgenden Geräten durchgeführt:

  • Rückenspritzen
  • Spritzung über Schlauchleitung (z.B. vom Schlepperanbaugerät)
  • Schlepperanbauspritzen mit Unterstockspritzeinrichtung (Frontanbau oder im Zwischenachsbereich)

Sprühgeräte sind ungeeignet, weil der Sprühnebel leicht verweht wird und auf die grünen Rebteile gelangt. Der Spritzdruck muss niedrig sein und sollte 3 bar (bei der Schaum-/Injektordüse max. 5 bar) nicht übersteigen. Schlepperanbaugeräte sind mit einem Reduzierventil, einem Niederdruckmanometer (Anzeigebereich 1-6 bar) und einem Dreiwegehahn ausgerüstet. Das Niederdruckmanometer muss im ständigen Sichtbereich des Anwenders liegen. Bei handgeführten Spritzrohren (Rückenspritze und Schlauchspritzung) ist der Einbau eines Manometers in Verbindung mit einem einstellbaren Druckreduzierventil empfehlenswert. Die Herbizidwirkung auf die Unkräuter ist nur dann ausreichend, wenn die auszubringende Flüssigkeit gleichmäßig über die zu behandelnde Fläche verteilt wird. Für die Unterzeilenspritzung haben sich asymmetrische LP-OC-Flachstrahldüsen (LP: low pressure, niedriger Druck; OC: off center) bewährt, die auch bei schrägem Spritzfächer die Flüssigkeit gleichmäßig ausbringen. Seit einiger Zeit werden zunehmend auch asymmetrische Injektordüsen (z.B. IC-Düsen) zur Ausbringung eingesetzt. Diese Düsen zeichnen sich durch eine besonders geringe Abdrift aus. Für handgeführte Spritzrohre ist neben den üblichen Flachstrahldüsen ebenfalls die Injektordüse empfehlenswert. Rundstrahldüsen sollten für die Herbizidanwendung nicht benutzt werden. Zur Reduzierung des Eintrages von Herbizidwirkstoffen in die Umwelt werden taster- oder sensorgesteuerte Punktspritzeinrichtungen für die Unterzeilenspritzung angeboten. Somit kann die Herbizidapplikation auf den Rebstamm bzw. den Pfahl beschränkt werden. Hauptziel solcher technischer Einrichtungen ist es, den Herbizideinsatz auf das notwendige Minimum zu reduzieren. Neuerdings setzt man auch mit Rotationszerstäubern ausgestattete Hand- oder Anbaugeräte ein, die mit hochkonzentrierten Herbizidpräparaten arbeiten.
Alle Geräte sind nach der Spritzung gründlich zu reinigen. Bei Verwendung wuchsstoffhaltiger Mittel sollte dem Reinigungswasser 0,1 % Aktivkohle (100 g / 100 l Wasser) zugesetzt werden. Diese Brühe eine Nacht in dem Gerät, den Schläuchen usw. stehen lassen, nach dem Entleeren nochmals gründlich mit Wasser nachspülen. Vorsicht: Reste von Herbiziden und Spülwasser unter keinen Umständen in Gewässer gelangen lassen! Nach Möglichkeit sind für Rebschutzmaßnahmen und Unkrautbekämpfung verschiedene Geräte zu verwenden.

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Bodenherbizide

Die Wirkstoffe dieser Herbizidgruppe werden entweder über die Unkrautwurzeln oder von den keimenden Samen aufgenommen, deshalb werden vorhandene Unkräuter bis auf wenige Ausnahmen (Gräser, Pfeilkresse u. a.) nur unzureichend erfasst. Bodenherbizide sind demnach auf den weitgehend unkrautfreien Boden, spätestens beim Auflaufen der Unkräuter auszubringen. Sie haben eine gute Dauerwirkung aber keine Wirkung auf weit verzweigte und tief wurzelnde Unkräuter (Winde, Knötericharten u. a.). Häufig sind die Wirkstoffe in Kombinationspräparaten zusammen mit Kontaktherbiziden formuliert. Auf Grund ihres Wirkmechanismus als Vorauflaufmittel sind sie zur besseren Verteilung im Boden, je nach Bodenfeuchte, mit höheren Wasseraufwandmengen (bis 800 l/ha) auszubringen. Bodenherbizide haben eine hohe Persistenz im Boden. Sie sollten deshalb beispielsweise 3 Jahre vor einer Neupflanzung mit Reben nicht mehr angewendet werden. Insbesondere beim Wirkstoff Diuron ist auf leichteren, steinigen Böden eine Einwaschung in den Wurzelhorizont der Reben möglich und eine Aufnahme durch die Rebe mit nachhaltigen Schädigungen nicht auszuschließen. Zu den Bodenherbiziden (Vorauflaufmitteln) zählen z. B. Mittel wie Kerb 50 W oder Katana.

Blattherbizide (Nachauflaufmittel)

Die Wirkstoffe dieser Gruppe unterscheidet man nach Kontaktwirkung (Kontaktherbizide „Abbrenner“) bzw. systemischer Wirkung:


Kontaktherbizide („Abbrenner“)

Diese Herbizide wirken fast ausschließlich über die getroffenen Pflanzenteile, die bereits wenige Tage nach der Kontamination absterben. Eine gleichmäßige Benetzung ist anzustreben. Um Abtropfverluste und damit Wirkstoffverluste zu vermeiden, sollten die Wasseraufwandmengen 300 bis 600 l/ha nicht überschreiten. Wärme und Trockenheit erhöhen die Wirkung. Wurzelunkräuter werden nach einer gewissen Zeit wieder austreiben, da deren Wurzeln ungeschädigt bleiben. Unkrautsamen können sofort wieder keimen. Erfahrungsgemäß setzt 6 – 8 Wochen nach einer Anwendung von Kontaktherbiziden die Wiederbegrünung durch Unkräuter ein. Ein Herbizid aus dieser Gruppe ist z. B. Basta.


Systemisch wirkende Herbizide

Aus der Gruppe der systemisch wirkenden Herbizide sind nur noch wuchsstofffreie Unkrautbekämpfungsmittel mit dem Wirkstoff Glyphosat in unterschiedlichen Formulierungen zugelassen. Diese Mittel besitzen eine große Breitenwirkung gegen Samen- und Wurzelunkräuter, sowohl gegen einkeimblättrige (Gräser) wie auch gegen zweikeimblättrige Unkräuter. Durch den Transport des Wirkstoffes in die Wurzeln werden auch hartnäckige Unkräuter bekämpft. Die Aufnahme des Wirkstoffs durch die Unkräuter wird bei schwülwarmer Witterung erheblich beschleunigt. Es sollte jedoch unmittelbar bis mindestens 2 Stunden nach der Applikation nicht regnen, um die Wirkstoffaufnahme nicht ungünstig zu beeinflussen. Die beste Wirkung wird mit 200 – 300 l/ha Wasseraufwand erzielt. Unkrautsamen können kurz nach der Applikation wieder keimen. Aufgrund der systemischen Wirkung ist bei Abdrift auf die Rebe mit Schäden zu rechnen.


Kombinationspräparate

Diese Gruppe von Herbiziden besteht aus einer Kombination von Boden- und Blattherbiziden. Sie zeichnen sich durch eine längere Wirkungsdauer als reine Blattherbizide aus. Derzeit ist aus dieser Gruppe kein Herbizid zugelassen.


Breitbandherbizide, Vorauflauf-Herbizide

Photosynthesehemmer

Diese Wirkstoffgruppe stört die Umwandlung von Licht in chemische Energie im Photosystem. Bedeutende Stoffe sind Paraquat und Diquat, welche als Kontaktherbizide ausgebracht werden (Wirkstoffaufnahme über die Blätter). Paraquat wird aufgrund von toxikologischen Bedenken nur noch in Ausnahmefällen angewendet.


Hemmer der Aminosäuresynthese von Pflanzen

Glyphosat (Handelsname: Roundup) ist ein Beispiel für ein Breitbandherbizid gegen Unkräuter (z. B. Quecken). Glyphosat ist einer der wichtigsten Pflanzenschutzwirkstoffe der Welt, der Umsatzanteil betrug im Jahr 2001 etwa 3 Mrd. US$. Dieses Herbizid nimmt eine Pflanze über grüne Pflanzenteile (also nicht über die Wurzel) auf.

Glyphosat verhindert die Biosynthese der aromatischen Aminosäuren (L-Phenylalanin, L-Tyrosin, L-Tryptophan) durch eine Hemmung des Shikimisäureweges. Da Shikimisäureweg im tierischen Stoffwechsel nicht vorkommt, wirkt das Herbizid nur gegen Pflanzen.[2]

Glufosinate (Handelsnamen: Basta, Liberty) wirken auf die Biosynthese von L-Glutamin in Pflanzen. Auch diese Gruppe wird häufig als Breitbandherbizid eingesetzt.

Andere bekannte Breitbandherbizide sind die Sulfonylharnstoffe (Amidosulfuron sowie Sulfuronmethyl (Handelsnamen: Oust)) und Imidazolinone wie beispielsweise Imazapyr (Handelsname: Arsenal). Diese Substanzklassen wirken auf die Biosynthese von verzweigten Aminosäuren wie L-Valin, L-Leucin und L-Isoleucin. Diese Herbizide werden über Wurzeln und Blättern aufgenommen, sie werden bei Ackerflächen für Soja und Getreide häufig angewandt.[2]


Wuchsstoffherbizide

In früheren Jahrzehnten waren Wuchsstoffherbizide, die Chlorphenoxyessigsäuren wie 2,4-D, eine sehr wichtige Herbizidklasse. Diese regen die Unkräuter zum schnellen Wachstum an, aufgrund von Nahrungsmangel sterben die Unkräuter dann aber ab.

Selektive Herbizide, Nachauflauf-Herbizide

Eine wichtige Gruppe von Nachauflauf-Herbiziden sind die 1,3-Cyclohexandione. Wichtige Vertreter sind Cycloxydim (Handelsnamen: Focus, Laser) oder Sethoxydim. Diese Herbizide hemmen die Fettsäuresynthese in Pflanzen und werden häufig gegen Gräser angewandt.[2]

Weitere Gruppen sind die Thymin/Uracil-Herbizide (z. B. Bromacil, Einsatz bei Unkräutern von Sojapflanzungen), die Benzothiadiazole (z. B. Bentazon, Handelsnamen: Basgran, vorteilhaft gegen Unkräuter bei Soja, Reis, Getreide, Kontaktherbizid) , die Phenylpyridazine (z. B. Pyridat) und die Phenoxypropionsäuren (z. B. 4-(2,4-Dichlorphenoxy)buttersäure|2,4-DB oder Fenoxaprop – sehr gute Wirkung gegen Gräser).[2]

Pethoxamid stört die Zellteilung der Schadstoffpflanzen.
Die Wirkstoffe dieser Gruppe unterscheidet man nach Kontaktwirkung (Kontaktherbizide „Abbrenner“) bzw. systemischer Wirkung.


Safener

Safener werden zusammen mit den entsprechenden Herbiziden eingesetzt, sie setzen die schädliche Wirkung von Herbiziden für Kulturpflanzen herab, die schädliche Wirkung gegen Unkräuter bleibt hingegen unberührt. Man unterscheidet zwischen Saatgut-, Boden- und Blatt-Safenern. Ein wichtiger Saatgut-Safener ist beispielsweise das Cyometrinil, ein Oximether.[1]

Safener sind möglicherweise eine chemische Alternative zur gentechnischen Saatgutveränderung für die Steigerung von Hektarerträgen bei Herbizidanwendungen.

Wirkungsspektrum der Wirkstoffe

Wirkstoff/Mittel Wirkung vorwiegend auf: Wirkungsschwächen bei:
Glyphosat Ein- und zweikeimblättrige Unkräuter Giersch, Sedum, Brennessel, Kamille, Löwenzahn, Weidenröschen, Winde
Glufosinat Ein- und zweikeimblättrige Unkräuter (auch Hirsenarten) Hahnenfuß, Landwasserknöterich, Ackerstiefmütterchen, Amaranth, Trespe
MCPA Distel, Winde, Löwenzahn
Isoxaben Amarant, Ehrenpreis, Hirtentäschel, Kamille-Arten, Vogelmiere Gräser, A. Schachtelhalm, Ampferarten, Löwenzahn, Distel, Winde
Propyzamid Quecke, Rispenarten, Honiggras, Vogelmiere, Ehrenpreis, Kriech. Hahenenfuß A. Schachtelhalm, Distel, Giersch, Löwenzahn, Segge, Weißklee, Winde
Fluazifop P Gräser, Quecke Nur Gräserwirkung; ausgenommen jährige Rispe


Resistenzen

Durch den mehrfachen Einsatz einer einzigen Wirkstoffgruppe über mehrere Jahre hinweg können besonders in Monokulturen resistente Unkräuter selektiert werden. Dieses Phänomen wurde bei fast allen Wirkstoffgruppen beobachtet. Besonders häufig werden dabei Pflanzen mit einer hohen Reproduktionsrate resistent. Ein aktuelles Beispiel stellt der Acker-Fuchsschwanz in Deutschland dar.[3] Die Resistenzentwicklung ist bei Unkräutern jedoch geringer als bei Insekten oder Pilzen.


Ökologische Wirkungen bei großflächiger Anwendung

Roundup-Einsatz auf einem Acker nördlich von Dresden

Bei der großflächigen und dauerhaften Anwendung von Herbiziden kann sich das Pflanzenartenspektrum in der Agrarlandschaft stark verringern.[4] Da von jeder Pflanzenart mehr oder weniger viele Insektenarten abhängig sind[5] und von diesen wiederum andere Tiere (Nahrungsketten), besteht die Gefahr der generellen Artenverarmung in der Feldlandschaft. Der massive Artenrückgang (Verlust der Biodiversität) in den Agrarlandschaften Europas ist vor allem eine Folge dieser Zusammenhänge. Allerdings ist der Anteil des Herbizid- und Insektizideinsatzes in der Landwirtschaft an den Ursachen des Artenrückgangs nicht klar bestimmbar.

Es gibt aktuelle Hinweise darauf, dass sich die flächendeckende Anwendung von Breitbandherbiziden in einigen Regionen Deutschlands (z.B. in Sachsen) in den letzten Jahren weiter verstärkt hat. Die verstärkte Anwendung erfolgt insbesondere im Zuge des Mulchsaatverfahrens. Dabei wird auf eine mechanische Unkrautbekämpfung (Pflügen) verzichtet und stattdessen Breitbandherbizide (z.B. Roundup) verwendet. Der Verzicht auf das Pflügen des Bodens ist eine Abkehr von der umweltschonenden Kombination mechanischer und chemischer Unkraut- und Schädlingsbekämpfung. Ein ähnliches Verfahren erfolgt bei der Umwandlung von blüten- und artenreichen Mähwiesen in ertragreiches, aber artenarmes Intensivgrünland (Abtöten des vorherigen Pflanzenbestandes - umbruchlose Neuaussaat schnell wachsender, eiweißreicher Gräser).[6] Zwar handelt es sich dabei um bodenschonende Verfahren, welche in erosionsgefährdeten Hanglagen durchaus sinnvoll sind, allerdings sind die Folgen bei nahezu flächendeckender Anwendung in der Landwirtschaft auf die Biodiversität noch nicht absehbar.


Tendenzen in der Herbizidentwicklung

In den 1950er- und 1960er-Jahren wurde einfach durch Synthese von verschiedenen organischen Molekülen ausprobiert, ob eine Substanz schädlich auf ein Unkraut wirkt. Seit den 1980er-Jahren klärt man zunehmend den biochemischen Stoffwechsel von Pflanzen auf. Es werden wichtige Enzyme der Pflanzenbiosynthese isoliert und mit verschiedenen synthetischen Stoffen wird die Hemmung der Enzyme untersucht (Enzym-Essays). Viele moderne Verfahren, z. B. der Gaschromatographie, erlauben die schnelle Identifizierung von wichtigen biochemischen Stoffwechselprodukten.[2]

Eine weitere Tendenz geht in die Richtung, die Wirkstoffmenge zu verringern. Die Forscher möchten auch die Wirkstoffmenge der Herbizide je Hektar gering halten und gleichzeitig die Giftigkeit für Mensch und Tier minimieren.

Während man 1950 noch für die Unkrautbekämpfung etwa 12 Kilogramm Natriumchlorat oder 7 kg Atrazin auf einen Hektar Ackerfläche anwenden musste, waren es für 1 Hektar im Jahre 1970 nur noch 1–2 kg Bentazol. Ab 1980 reichte sogar eine Wirkstoffmenge von nur 20 g Chlorsulfuron für einen Hektar Ackerboden aus.[2]


Wirtschaftliche Aspekte

Mit einem Umsatzanteil von 47% (2001) sind Herbizide die wirtschaftlich wichtigsten Pflanzenschutzmittel. Der Gesamtumsatz für Herbizide betrug auf dem Weltmarkt 12,8 Mrd. US$.[1]

Die größten Wirtschaftssektoren für Herbizide liegen im Schutz der Soja- (ca. 10% des Weltumsatzes an Pflanzenschutzmitteln, Abkürzung: WUAPSM, ungefähre Daten 1985), Getreide- (10% des WUAPSM), Weizen- (6% des WUAPSM), Obst- und Gemüse (3,5% des WUAPSM), Reis (3,7% des WUAPSM), Baumwolle (2,2% des WUAPSM), Zuckerrüben (2,2% des WUAPSM).[7]

Etwa 90% der Sojafelder, 71% der Getreidefelder, 63% der Weizenfelder, 69% der Zuckerrübenfelder, 35% der Reisfelder, 17% der Obst- und Gemüseplantagen werden weltweit mit Herbiziden behandelt.ref <name=Ullmann5 />


Geschichte

Um 1851 verwendete man Eisensulfat, ab 1896 Kupfersulfat und Schwefelsäure zur Bekämpfung von Unkräutern. Später wurden Natriumchlorat (1926) und Dinitro-orthokresol verwendet.[8]

Im Jahr 1942 wurde die 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D) als erstes hochwirksames Herbizid entwickelt.

Zwischen 1945 und 1960 folgten Carbamate, Harnstoffderivate. Zwischen 1960 und 1980 wurden Triazin- (z.B. Atrazin), Diazin-, Diphenylether-, Cyclohexadion-, Pyridat- und Amidderivate als Herbizide verwendet. Zwischen 1980 und 1990 folgten Sulfonylharnstoffe, Aminosäurederivate (z.B. Glyphosat, Glufosinat) und Imidazoline.[9]


Einzelnachweise

  1. a b c T. Seitz, Michael G. Hoffmann, H. Krähmer: Herbizide für die Landwirtschaft: Chemische Unkrautbekämpfung, in: Chemie in unserer Zeit, 2003, 37, 112–126;
  2. a b c d e f Karl-Heinz König: Fortschritte im chemischen Pflanzenschutz, Chemie in unserer Zeit, 10/1990, S. 217-226
  3. Seite des Herbicide Resistance Action Committee
  4. Institut für Unkrautforschung Braunschweig Unkrautforschung+Braunschweighl=degl=depid=blsrcid=ADGEESiJ200jdOzFCszrnr3RjByxpYqXQJ1eYO4i6aGdXbzccspMK75b21lYID1yY9ceAkIN6wj8AmuhEw9r_o5DcJqwsb7bwvFKnyko-a-mCrisCbTKm3zK-MiZcqeMNwyFuvn3ETdksig=AHIEtbRT7Hq8ZtmvNV16-8xqUzESZYQn-A (PDF)
  5. Probst, Wilfried: Pflanze und Insekt. In: UB 236/Juli 1998 (PDF)
  6. Aktuelle Entwicklungen von Landwirtschaft und Naturschutz im Landschaftsschutzgebiet „Moritzburger Kleinkuppenlandschaft“ (Sachsen, Landkreis Meißen). Denkschrift der NABU-Fachgruppe Ornithologie Großdittmannsdorf. Februar 2008 (PDF)
  7. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 5. Auflage, Band A8, Stichwort: Crop Protection, S. 66 ff.
  8. Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 18, S.5, Stichwort:Pflanzenschutzmittel, Toxikologie
  9. Winnacker, Küchler: Chemische Technik, 5. Auflage, Band 9, S. 216 ff.


Literatur und Quellen

  • T. Seitz, Michael G. Hoffmann, H. Krähmer: Herbizide für die Landwirtschaft: Chemische Unkrautbekämpfung, in: Chemie in unserer Zeit 2003, 37, 112–126.
  • Karl-Heinz König: Fortschritte im chemischen Pflanzenschutz, Chemie in unserer Zeit, 10/1990, S. 217 ff.
  • Martin Balmer, M. Hellmann und F.J. Scheuer (2010): Intensivierung im Tafelkirschenanbau. DLR Rheinpfalz, Kompetenzzentrum Gartenbau. Rheinbach / Trier. 

B. Altmayer, B. Fader, M. Harms, R. Ipach, U. Ipach, H.-P. Lipps, K.-J. Schirra, B. Ziegler (2010): Sachkunde im Pflanzenschutz (Weinbau). 6. überarbeitete Auflage. Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum (DLR) Rheinpfalz, Abteilung Phytomedizin. Neustadt an der Weinstraße.