Referat

Unkräuter und Herbizide

von
Matthias Arlt
 

2.  DEZEMBER 1998


Gliederung


 
1.  Definition Unkraut

2.  Entwicklung der Landwirtschaft

· Entwicklung der Ackerbestellung

· Entwicklung der Nutzpflanzen

· Maßnahmen der Unkrautbekämpfung

3.  Entwicklung der Unkräuter
· Nutzpflanzen - Mimikry

· Unkraut - Nutzpflanze

· Nutzpflanze - Unkraut

4.  Die Unkrautbekämpfung
· Nutzen, Notwendigkeit, Ziele
Wirtschaftlichkeit
Ökologie / Umweltschutz
Vergleich mit der konventionellen Züchtung
·    Anwendung der Gentechnik
Herbizidresistenz
Risiken
Beispiel : Die Wirkung des Herbizids BASTA
· Entdeckung

· Wirkungsweise

5. Weitere Möglichkeiten der Unkrautbekämpfung
·    Mechanische Verfahren

·    biologische Bekämpfung

·    Bioherbizid-Methode

6.  Artenrückgang und Schutzmaßnahmen
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1. Definition Unkraut





Die Bezeichnung „Unkraut" ist in der öffentlichen Diskussion vorbelastet. Deshalb wird diese Bezeichnung von Naturschützern gerne durch „Ackerbegleitflora" oder durch „Wildkräuter" ersetzt. In der Botanik aber wird die Bezeichnung „Unkraut" als ein Terminus technicus, nämlich völlig wertfrei verwendet. Auch ich werde den Begriff „Unkraut" im Laufe meines Referates in seiner wertfreien, botanisch-wissenschaftlichen Bedeutung verwenden.

Ein Unkraut ist eine Wildpflanze, die neben den Nutzpflanzen im Ackerbau, Gartenbau und in der Forstwirtschaft vorkommt und mit diesen im Wettbewerb um Licht, Wasser und Nährstoffe steht. Hierbei kann je nach Umweltbeschaffenheit die eine oder die andere Gruppe im Vorteil sein. Diese neben den Nutzpflanzen vorkommenden Pflanzen werden zu Unkräutern, wenn sie dem Nutzpflanzenanbau mehr schaden als nutzen.

Ein Nutzen kann aus diesen Unkräutern zum Beispiel durch eine mäßige Bedeckung des Bodens hervorgehen, welche die Artenvielfalt fördert und der Erosion entgegenwirkt. Die Nachteile liegen in dem Konkurrenzkampf, in dem sich die Unkräuter mitunter stärker durchsetzen und so zu Ernteeinbußen führen.

Im folgenden will ich mich auf die Unkräuter der Landwirtschaft beschränken, die traditionell als „Ackerunkräuter" zusammengefaßt werden. Beispiele hierfür sind :

· Consolida regalis, Acker - Rittersporn
· Legousia speculum-veneris, Venus - Frauenspiegel
· Adonis aestivalis, Sommer - Adonisröschen
· Ornithogalum umbellatum, Dolden - Milchstern
· Nigella arvensis, Acker - Schwarzkümmel
· Melampyrum arvense, Acker - Wachtelweizen
Im verlauf meines Referates werden auch die folgenden Arten wiederholt genannt werden :
· Agrostema githago, Korn - Rade
· Cirsium arvense, Acker - Kratzdistel
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2. Entwicklung der Landwirtschaft





Der Ackerbau erhielt vor ca. 8.000 Jahren in Mitteleuropa Einzug; er läutete die Jungsteinzeit ein. Die Landwirtschaft war zunächst eine Wanderwirtschaft, man rodete ein Stück Wald, bewirtschaftete es einige Zeit und zog dann weiter. Diese Form kennen wir noch Heute im Tropischen Regenwald.

Später wurden die Bauern seßhaft. Durch diese neue Wirtschaftsform kamen zusammen mit den Kulturpflanzen auch die Ackerunkräuter nach Mitteleuropa, so etwa aus Kleinasien und aus dem Balkan. Während der Jungsteinzeit stieg die Zahl der Unkräuter so von 8 auf etwa 120 Arten. Nach den Rodungen des Mittelalters stieg die Zahl sogar auf 300.

Doch nicht nur eingeschleppte Arten wurden zu Unkräutern. Auch einheimische Arten breiteten ihren Lebensraum auf die Äcker aus und wurden so zu Unkräutern. Meist waren dies Arten, die sehr kleinflächige Nischen bewohnten, wie etwa Spülsäume, Wildwechsel oder die Umgebung von Tierbauten, da sie auf günstige Nährstoffverhältnisse angewiesen waren. Diese fanden sie nun auf den Äckern der Menschen.

Durch die frühere Landwirtschaft entwickelten sich die Unkräuter nie zu solchen Problemen wie heute. Zwar erkannten die frühen Bauern die Unkräuter als Ressourcenkonkurrenten und begannen sie zu bekämpfen, doch die Anbaumethoden von Früher schlossen Massenbestände an Problemunkräutern aus. Die Dreifelderwirtschaft hemmte Arten, die auf spezielle Trägerkulturen angewiesen waren, weil die Wuchsbedingungen wechselten; die Beweidung im dritten Jahr tat ihr übriges. Da das Getreide zum Dreschen auf den Hof gebracht werden mußte, erntete man es unreif, damit die Körner nicht auf dem Weg herausfielen; daher waren die meisten Unkräuter noch nicht reif und landeten nicht auf dem Feld sondern zusammen mit dem Stroh im Stall. Auch war eine Bevorzugung schnellwachsender Unkräuter durch die Überdüngung damals nicht gegeben. Die Kulturpflanzenbestände waren lückig genug, um eine Artenreiche, aber Individuenarme Vegetation zu ermöglichen.

Problematisch waren Samen von giftigen Unkräutern im Korn (Korn-Rade). Diese wurden ausgesiebt oder schon beim Dreschen getrennt, also entwickelte sich ein relativ konstanter Unkrautbesatz auf den Feldern.

Mit der Einführung des Mähdreschers wurden die Probleme größer : Die Spreu wurde auf den Feldern verblasen, also verblieben mehr Samen auf den Äckern. Außerdem wurde später geerntet, da der Mähdrescher sonst nicht funktionierte, also waren auch die Samen der Unkräuter bereits reif. Folglich mußte man zu einer intensiveren Bekämpfung übergehen. Diese war meist die systematische Vernichtung aller Unkräuter durch Herbizide.

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3.  Entwicklung der Unkräuter





Auf unseren Felden hat die Evolution in vergleichsweise kurzer Zeit eine erstaunliche Formenvielfalt hervorgebracht. Dies hat der Mensch sich bei den Kulturpflanzen seit jeher, ganz bewußt zu Nutze gemacht. Doch dieser Prozess fand ebenso bei den begleitenden Unkräutern statt, vom Menschen fast unbemerkt.

Die Gruppe der kulturparasitären Unkräuter verdankt dem Ackerbau des Menschen meist ihre Entstehung und Entwicklung, zumindest aber ihre globale Ausbreitung. So entstanden teilweise gänzliche Abhängigkeiten der Unkräuter vom Menschen. Zum einen würde die Vielfalt der so entstandenen Ackerunkräuter ohne ein Zutun des Menschen zurückgehen, zum anderen wird sie durch die Intensivierung unserer Landwirtschaft dezimiert.

Durch die fortschreitende Evolution der Kulturpflanzen paßten sich auch die Unkräuter an. Die heutigen Ackerunkräuter zum Beispiel sind zum größten Teil herbizidresistent oder gegen bestimmte Kulturmaßnahmen unempfindlich geworden.

Die Kulturpflanzen wurden in ihrer Entwicklung stark vom Kulturdruck durch den Menschen beeinflußt, dem sie sich nicht entziehen konnten. Einigen Unkräuter gelang dies, zum Beispiel durch das Kleinhalten der Samen, eine hohe Reproduktionsrate oder einen niedrigen Wuchstyp. Die Vogel-Sternmiere (Stellaria media) oder das Hirtentäschel (Capsella bursa-pastoris) sind Beispiele für eine solche divergente Entwicklung.

Andere Arten paßten durch die Auslesebedingungen des Menschen ihre Eigenschaften denen der Kulturpflanzen an. Es entstanden Arten mit Eigenschaften, die zu denen der Kultursippe konvergent waren, sie zeigten typische Domestikationsmerkmale. So vergrößerten sich die Samen, die Früchte reiften gleichzeitig, die Färbung veränderte sich und toxische und bittere Inhaltsstoffe nahmen ab. Beispiele hierfür sind Agrostemma githago (Korn-Rade) und Silene linicola (Flachs-Lichtnelke). Diese Unkräuter haben sich in Form, Farbe und Wuchstyp ihren Trägerkulturen hervorragend angepaßt. So haben sich auch die Samen der Unkräuter morphologisch denen der Wirte angepaßt, da sie die verschiedenen Reinigungsprozesse bei der Saatgutherstellung überleben müssen. Die Korn - Rade hatte beispielsweise ursprünglich geöffnete Kapseln. Im Laufe der Entwicklung wurden diese Kapseln geschlossen, da sie die Ernte und das Dreschen überstehen mußten, ohne daß die Samen verloren gingen. Diese Anpassung ist als Kulturpflanzen-Mimikry bekannt.

Die verschiedenen Sippen der Korn-Rade haben sich an die unterschiedlichsten Kulturpflanzen angepaßt. Die Sippen des Mittelmeerraumes beispielsweise haben sehr große Samen - eine Anpassung an die großkörnigen Getreidearten des Gebietes, bei der auch die Tausendkornmasse an die der Getreidesorten herankommt. Die an Lein angepassten Sippen haben relativ kleine und glatte Samen, die Sippen, die an Buchweizen (Knöterichgewächs, das binnen zehn bis zwölf Wochen reift) angepaßt sind haben eine sehr kurze Vegetationszeit.

Diese Anpassung kann soweit gehen, daß das Unkraut den Kompletten Merkmalssatz der Trägerkultur besitzt. Bei Pflanzen mit einem solchen vollständigen Domestikationssyndrom könnte man dies natürlich auch nutzen. Dies wurde zum Beispiel bei der Korn - Rade versucht.
Der Nachteil ist, daß die Samen für den Menschen giftige Saponine enthalten, also für uns nicht verwertbar sind.
Andere Arten haben hingegen den vollständigen Sprung vom Unkraut zur Nutzpflanze geschafft. Der Roggen (Secale cereale) ist das wohl prominenteste Beispiel : er wurde in Kulturen von Gerste und Weizen in Südwest - Asien domestiziert und stellt nun eines unser wichtigsten Brotgetreide.

Sowie sich die Unkräuter zu Kulturpflanzen entwickeln konnten, so entwickelten sich auch einige Kulturpflanzen zu sog. sekundären Unkräutern. Dies passiert, wenn ein Domestikationsmerkmal (z.B. feste Ährenspindel ohne herausfallende Körner) zum Wildtyp (herausfallende Körner)  zurückmutiert. Dies passiert beispielsweise, wenn dieses Merkmal aus verwandten Arten oder Unkräutern aus der Umgebung einwandert. Dies kann zu einem großen Problem für die Bauern werden. In SO-Asien führen z.B. sek. Unkräuter von Oryza sativa (Reis), die herausfallende Samen besitzen, zu erheblichen Schäden und sogar Versorgungsengpässen.

Allerdings entstehen nicht aus allen Kulturpflanzenarten solche sek. Unkräuter. Mais und Kartoffel etwa sind extrem Kulturabhängig, da der Mensch sie über Jahrtausende lang gezüchtet hat und sie so von ihm abhängig sind.

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4. Unkrautbekämpfung





Mit der Einführung des Mähdreschers begannen die Probleme mit den Unkräutern, was bereits oben erwähnt wurde. Die Antwort war der Großflächige Einsatz von Herbiziden. Doch wann ist dieser Einsatz gerechtfertigt ?

Ökonomisch gesehen lohnt sich der Einsatz von Herbiziden nur, wenn die Unkrautdichte so hoch ist, daß die Bekämfung Mehrerträge bringt, die mindestens so hoch sind, wie die Kosten. Dies wird in der Realität allerdings nicht immer eingehalten, da eben diese Unkrautdichte nicht so leicht zu definieren ist. Die Angaben schwanken von 5 % bis 25 % Bodenabdeckung. Auf guten Böden wären die Kulurpflanzen meistens Konkurrenzfähiger, dort kann man also einen höheren Unkrautbesatz tolerieren.

Durch die Schwierigkeiten bei der Bestimmung dieser Schwelle werden von den meisten Landwirten pauschal präventiv Herbizide eingebracht. Dies schadet natürlich Grundwasser, Ökosystem, Mensch und Unkraut.

Da wir, hervorgerufen durch die steigende Weltbevölkerung und den wirtschaftlichen Druck, aber die Ergebnisse der Landwirtschaft maximieren müssen kommt man um einen Einsatz von Herbiziden nicht herum. Durch den massiven Einsatz fördern wir allerdings auch die resistenten Unkrautarten. Ein drastischer Artenrückgang ist zu verzeichnen. Um die Belastung für die Umwelt gering zu halten, ist es notwendig, Alternativen zu den Herbiziden bis dato zu finden. Die Gentechnik kann hier eine Rolle spielen, da hier innerhalb kurzer Zeit die gewünschten Ziele der Züchtung erreicht werden können.

Durch die Herstellung herbizidresistenter Pflanzen werden neue Möglichkeiten der Herbizid - Anwendung geschaffen. Es gibt nun die Möglichkeit mit Totalherbiziden die Unkräuter auf den Äckern zu vernichten, ohne daß die Nutzpflanze darunter leidet. Der Vorteil dieser Totalherbizide liegt darin, daß sie bereits nach kurzer Zeit wieder abgebaut werden und deshalb ökologisch verträglicher sind, weil sie nur eine kurze Zeit wirken.

Die Gentechnik birgt natürlich auch Risiken. So ist zum Beispiel nicht geklärt, ob ein gentransfer zu den Unkräutern oder anderen Pflanzen stattfinden kann.

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Ein Beispiel hierfür ist das Herbizid BASTA :
 

Herbizide sollten möglichst kurz wirken und wenig ökotoxisch sein, das heißt, sie sollten im optimalen Fall die Unkräuter rasch vernichten, ohne die anderen Organismen zu beeinträchtigen. Es sollte schnell in ungiftige Substanzen abgebaut werden, um eine Verunreinigung des Grundwassers und der angrenzenden Ökosysteme auszuschließen. Deshalb suchte man in letzter Zeit verstärkt nach Stoffen, die von Organismen synthetisiert werden und gut Abbaubar sind.

Ein Beispiel hierfür ist der Stoff Glufosinat-ammonium, den die Firma Hoechst entwickelte und unter dem Handelsnamen „BASTA" vertreibt. Dieser Stoff ist ein „Abfallprodukt" der Antibiotika - Forschung und wurde in dem Pilz Streptomyces viridochromogenes, einem Strahlenpilz, der zu der Familie der Streptomyceten gehört, gefunden. Diese Familie produziert etwa 60 % der medizinisch Angewandten Antibiotika.

BASTA ist ein Kontaktherbizid, das über die oberirdischen Teile der Pflanzen aufgenommen wird. Je nach dichte des Unkrautbewuchses werden etwa 0,5 bis max. 1,5 kg/ha benötigt. Es wird in Boden und Wasser sehr schnell abgebaut, die Metabolite, also die Zwischenprodukte des Abbaus, wirken nicht herbizid. Sie werden vielmehr von Mikroorganismen zum Aufbau von Zellsubstanzen verwendet.

Ein Auswaschen in das Grundwasser ist nicht möglich, da das Gift schneller abgebaut wird, als es versickert. Die Halbwertzeit des Abbaus beträgt etwa 7 bis 20 Tage (je nach Bodenbeschaffenheit und Klima). Der reine Stoff, sowie das anwendungsfertige Präparat wirkt auf die meisten Organismen nicht beeinträchtigend (Ausnahme : Spinnen). Bei Säugetieren ergab sich weder eine akut - toxische Gefährdung noch eine Beeinträchtigung des Erbgutes.

Das Gift funktioniert folgendermaßen : Das den Pflanzen eigene Enzym Glutamin - Synthetase baut Ammoniak in Glutamat ein, und wandelt es so in Glutamin um. Das Ammoniak wird bei der Nitratreduktion und im Aminosäure - Stoffwechsel frei, aber durch das Enzym sofort gebunden. BASTA ist nun dem Glutamat sehr ähnlich und wird von dem Enzym verwechselt. Dadurch hemmt BASTA den Einbau von Ammoniak in das Glutamat, es kommt zu einem Überschuß an Ammoniak, der die Zellstrukturen zerstört. Die Zelle stirbt ab.

BASTA wird gegen dikotyle Unkräuter und gegen Gräser eingesetzt. Damit die Nutzpflanze nicht geschädigt wird, kann man beispielsweise gentechnisch resistent - gemachte Pflanzen verwenden ( z.B. Rapspflanzen ), oder die Pflanzen werden durch sogenannte Spritzschirme geschützt (Mais). Da BASTA ein Kontaktgift ist, sterben die Nutzpflanzen dadurch nicht ab. Auch können die abgestorbenen Pflanzenreste auf dem Acker verbleiben, dadurch wird eine Auswaschung des in den Pflanzen gebundenen Nitrats in den Boden verhindert und es besteht ein Erosionsschutz.

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5. Weitere Möglichkeiten der Unkrautbekämpfung





Die chemische und gentechnische Unkrautbekämpfung ist bei vielen Leuten Umstritten. Mögliche Alternativen zur „Chemischen Keule" bieten sich in der mechanischen und in der biologischen Unkrautbekämpfung.

So kann der Bewuchs mit Unkräutern durch Hacken, Eggen und Jäten nahezu völlig unterdrückt werden. Diese Methoden sind allerdings sehr langsam und kostenintensiv. Sie kann flächig auch nur bei Getreide angewandt werden. Bei Reihenkulturen wie Mais, Rüben, Kartoffeln etc. muß zusätzlich gespritzt werden, was wiederum aufwendig und kostenintensiv ist. Auch wenn neue Geräte die mechanische Unkrautbekämpfung verbessern, so spricht doch vor allem die Wirtschaftlichkeit der Agrochemikalien gegen dieses Verfahren.

Aber auch natürliche Begebenheiten sind der mechanischen Bekämpfung hinderlich :

· Bodenbegebenheiten, wie besonders steinige, nasse oder schwere Böden erschweren den maschinellen Einsatz teilweise erheblich.
· Ausdauernde Unkräuter, wie z.B. die Acker - Kratzdistel wachsen nach dem Abschneiden verstärkt nach.
· Durch ein Auflockern des Bodens werden die Samen einiger Unkräuter erst zum auskeimen gebracht.
· Die Nutzpflanzen werden beschädigt, dadurch können sich Krankheiten ausbreiten.
Die zweite Alternative zur Chemie ist die biologische Bekämpfung der Unkräuter. Hierbei werden gezielt die Feinde der Unkräuter gefördert, im speziellen Insekten und Krankheitserreger. Dies setzt natürlich intensive Analyse der ökologischen Zusammenhänge voraus : zunächst muß ein geeigneter Feinorganismus gefunden werden, der zwar die Unkräuter schädigt, die Nutzpflanze aber in Ruhe läßt. Ferner müssen auch die Komponenten der Umwelt, also der Umliegenden Ökosysteme einbezogen werden.

Der Blattkäfer Gastrophysa viridula ist ein Beispiel für die Bekämpfung durch Insekten. Er kann gegen Rumex obtusifolius, den Stumpfblättrigen Ampfer eingesetzt werden. Allerdings gibt es Einschränkungen an Verkehrswegen und anliegenden Biotopen. Auch ist das Einwirken auf ökologische Zusammenhänge und die wirtschaftliche Rentabilität fraglich.

Die andere Möglichkeit ist die sog. Bioherbizid - Methode. Diese beinhaltet das periodische Ausbringen von spezifischen Krankheitserregern. Diese müssen wirtsspezifisch sein, virulent genug, um den Unkräutern effektiv zu schaden und sich von selbst gut weiterverbreiten können. Diese Methode ist noch relativ wenig erforscht, einige Methoden schlugen im Praxistest fehl, wie etwa der Einsatz des Pilzes Ascochyta caulina gegen den Weißen Gänsefuß, Chenoodium album). Weitere Beispiele für diese Methode sind der Einsatz des parasitischen Rostpilzes Puccinia striiformis gegen die Acker - Kratzdistel (Cirsium arvense) oder der Einsatz des  Blutfleckerregers Curvularia lunata gegen die Hühnerhirse Echinochloa crusgalli.

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6.  Artenrückgang und Schutzmaßnahmen





Als Unkräuter werden vom Volksmund allgemein Pflanzen bezeichnet, die in unserer Landschaft „fehl am Platze sind". Diese Arten haben sich über Jahrtausende an unsere Kulturlandschaft angepaßt und mit ihr entwickelt. Sie sind folglich ein Teil unserer Landschaft, unserer Kultur und des Ökosystems.

Die Flora Deutschlands umfaßt etwa 3.000 Pflanzenarten. Davon gehören etwa 250 bis 300 Arten zu den Ackerunkräutern. Von diesen stehen 73 Arten auf der Roten Liste, das sind etwa 25 % der Arten, von denen 9 Arten bereits als Ausgestorben gelten. Der Rückgang ist vor allem auf den Rückgang des Landsortenanbaus zurückzuführen, da viele Arten der Unkräuter als typische Begleitpflanzen auf die jeweiligen Kulturpflanzen angewiesen sind.

Als Teil unser Umwelt und Kultur ist es notwendig die Artenvielfalt der Unkräuter zu erhalten, nicht nur zum Erhalt der Artenvielfalt, sondern auch, weil die Unkräuter züchterisch nutzbare Genressourcen darstellen.

Eine Möglichkeit des Erhaltes sind die Genbanken, wie etwa die Gaterslebener Genbank. Diese haben ein Interesse an den Unkräutern, weil diese als gute Indikatoren für den Status der jeweiligen Kulturpflanze gelten. Man kann Rückschlüsse ziehen, die das gezielte Erfassen, Sammeln und Erhalten des Materials erleichtern.

Zum anderen sind einige Unkräuter hervorragendes Material für die Evolutionsbiologie. Gerade Arten wie die Korn - Rade, die nahezu vollständig domestiziert sind, eignen sich hervorragend als Modellorganismen für den Selektionsdruck in Richtung Domestikation.

Allerdings sind Genbanken nur ein Notbehelf, um die Arten zu erhalten. Es ist vielmehr Notwendig die Lebensräume für die Unkräuter zu erhalten. Dies ist vor allem durch eine Extensivierung der Landwirtschaft zu erreichen. Nur auf Agrarstandorten, die in der letzten Zeit noch relativ extensiv bewirtschaftet wurden ist ein gewisse Artenvielfalt erhalten geblieben. Auf diesen Äckern können die Unkrautpopulationen als guter Indikator der Standortbedingungen dienen. Durch die Stillegung dieser Flächen werden diese Rest - Populationen vernichtet, auf intensiv genutzten Flächen haben sie keine Überlebenschance.

Eine Maßnahme zum Erhalt der Ackerflora ist das „Ackerrandstreifenprogramm". Hierbei bestellen die Landwirte die Randstreifen ihrer Äcker zwar, der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und Mineraldünger entfällt jedoch, so daß sich hier ein Refugium für die bedrohten Arten entwickeln kann. Das Problem ist das Fehlen von Samenvorräten der seltenen Arten, ohne die diese Randstreifen nicht besiedelt werden können.

Eine weitere Möglichkeit ist die Wiederbelebung der historischen Anbaumethoden. Dies geschieht zum Beispiel in den bäuerlichen Freilichtmuseen oder im Feldflora-Reservat in Münsingen in der Schwäbischen Alb. Hier werden alte Kultursorten in historischen Fruchtfolgen kultiviert, so daß den Unkräutern hier ein Refugium geboten wird.
Ob diese Methoden für den Erhalt der Diversität ausreichen ist jedoch fraglich.

(c) 1998 Matthias Arlt

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