630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
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Im Rahmen einer Zusammenschau werden im hier vorliegenden Bericht landwirtschaftliche und den ländlichen Raum betreffende Entwicklungen eingeschätzt und, in Verbindung hiermit, künftige Umweltentlastungen sowie mögliche neue Umweltgefährdungen dargestellt. Im Mittelpunkt der Betrachtungen steht die Nahrungsmittelproduktion in Deutschland, wobei die Integration der deutschen Landwirtschaft in die europäische Landwirtschaft und die Weltwirtschaft und die hiermit einhergehenden äußeren Einflüsse einbezogen werden. Der Zeithorizont der Betrachtungen ist der Zeitraum bis 2030. ...
Obwohl Böden unzweifelhaft ein signifikanter Pool von organischem Kohlenstoff sind, ist ihre Bedeutung als potenzielle langfristige Senke für atmosphärischen Kohlenstoff keineswegs klar. Trotz bedeutender wissenschaftlicher Forschritte aus den letzten Jahren zur Klärung der Kohlenstoffdynamik in Böden gibt es nach wie vor offene Fragen insbesondere hinsichtlich der spezifischen geochemischen Mechanismen, die für die Stabilisierung organischen Kohlenstoffs in Böden verantwortlich sind. Vor diesem Hintergrund besteht ein wesentliches Ziel der vorliegenden Dissertation darin, in unterschiedlichen Bodentypen die Konzentration von organischem Kohlenstoff und Stickstoff sowie die mineralogische Zusammensetzung zu untersuchen, um Hinweise auf einen möglichen Einfluss der Tonmineralogie, der spezifischen Oberfläche und der Oxidkonzentration auf die Stabilisierung organischen Materials zu ermitteln. Die Ergebnisse sollen einen Beitrag dazu liefern, die Mechanismen der Fixierung organischer Substanz in Böden besser zu verstehen und das vorhandene Wissen hierüber zu erweitern. Hierzu wurden fünf verschiedene Bodenprofile aus Hessen mit unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung untersucht. Um die Auswirkungen verschiedener physikalischer und geochemischer Faktoren auf den Gehalt organischer Substanz in den untersuchten Böden festzustellen, wurden folgende Parameter untersucht: -Tonmineralogie, -organische Kohlenstoff- und Stickstoff-Konzentrationen, -%-Kationensättigung, -spezifische Oberfläche, -dithionit- und oxalatlösliche Gehalte an Fe, Al und Mn. Anhand dieser Parameter wurden weiterführende statistische Analysen unter Verwendung der Statistiksoftware SPSS für Windows durchgeführt, um mögliche statistische Zusammenhänge aufzudecken, die für die Stabilisierung von organischem Kohlenstoff in den betrachteten Böden verantwortlich sind. Die im Rahmen der vorliegenden Dissertation ermittelten Ergebnisse zeigen, dass der Tonanteil und die Tonmineralogie der untersuchten Böden nur einen begrenzten Einfluss auf die Stabilisierung organischer Substanz haben. Weiterhin wird gezeigt, dass die in der Literatur propagierte Beziehung zwischen spezifischer Oberfläche und der Konzentration organischen Kohlenstoffs nicht auf alle Böden anwendbar ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Präsenz von amorphen Eisen- und Aluminiumoxiden der wichtigste Einflussfaktor für die Fixierung von organischem Material in den untersuchten Böden ist. Die größeren Konzentrationen von organischem Kohlenstoff in den kleinsten Fraktionen (Feinschluff und Ton) der Profile sind vor allem darauf zurückzuführen, dass Oxide ebenfalls in diesen Fraktionen aufzufinden sind. Tonminerale haben demnach eine sekundäre Bedeutung, indem sie Komplexe mit den Oxiden bilden, die zur Stabilisierung von organischer Substanz führen können. Insgesamt deuten die Ergebnisse daraufhin, dass Böden keine geeignete Senke für die langfristige Speicherung von organischem Kohlenstoff sind. Obwohl Mechanismen wie die Adsorption von organischer Substanz an Oxide die Stabilisierung organischen Materials unterstützen, scheinen diese nicht stark genug zu sein, um eine permanente Speicherung von organischem Kohlenstoff zu bewirken.
Winterroggen (Secale cereale L.) erwirbt durch längerfristiges Wachsen bei tiefen Temperaturen eine Anpassung an Kälte und Frost und entwickelt eine erhöhte Toleranz gegenüber kälte-induzierter Photoinhibierung. Diese Anpassung wird als Kältehärtung bezeichnet. Die erworbene Toleranz gegenüber kälteinduzierter Photoinhibierung geht nach drei Tagen Enthärtung bei einer Temperatur von 220C wieder verloren. Die Zielsetzung der Promotion war es, nach differentiell exprimierten Genen zu suchen, die nicht als Antwort auf kurzzeitigen Kältestreß hochreguliert werden, sondern Gene zu isolieren die im Zuge länger einwirkender Kälte in Winterroggenblättern verstärkt exprimiert werden. Werden die mRNAs aus kältegehärteten (CHL) mit den mRNAs aus enthärteten Roggenblättern (DHL) verglichen, so können Gene isoliert werden, die in CHL stärker exprimiert werden. Diese differentiell exprimierten Gene können, da sie nach Enthärtung deutlich seltener exprimiert werden, eine limitierende Funktion bei Kältehärtung einnehmen. Um diese Gene isolieren zu können wurden zwei molekularbiologische Methoden, "Suppression Subtractive Hybridisation"-PCR und "Differential Display"-PCR angewendet. Mit diesen Methoden konnten insgesamt zwölf verschiedene cDNA-Fragmente differentiell exprimierter Gene isoliert werden. Im Vergleich mit DHL sind in CHL die Transkriptmengen für neun cDNA-Fragmente isolierter Gene erhöht. Auch die Transkriptmenge des Chloroplasten-kodierte Gens für LSU ist in CHL bei einem Vergleich mit DHL gesteigert. Die isolierten cDNA-Fragmente von differentiell exprimierten Genen kodieren für Proteine aus den verschiedensten Teilbereichen des pflanzlichen Stoffwechsels und sind nachfolgend aufgelistet. Photosynthesestoffwechsel: SSU und LSU (kleine und große Untereinheit von RubisCO), LHCIIb (Lichtsammelkomplex IIb), Fructose-1,6-bisphosphatase, Transketolase, Genexpression: RNA-bindendes Protein, Transkriptionselongationsfaktor, Nucleotidstoffwechsel: UMP Synthase, Antioxidativ wirkendes Enzym: PMSR (Peptid-Methioninsulfoxidreduktase) Es konnten cDNA-Fragmente dreier bekannter Gene und eines unbekannten Gens (Klon 5C, zeigte Homologie zu einer Sequenz aus Oryza sativa) isoliert werden, deren Expression in DHL spezifisch erhöht ist. Energiestoffwechsel: H+ATPase, Pathogenabwehr/ programmierter Zelltod: Llsl Gen (lethal leaf spot Gen 1), Proteinstoffwechsel: Disulfidisomerase Neben der Analyse der Expression auf RNA-Ebene wurden Untersuchungen zur Expression auf Proteinebene vorgenommen. Western Blut Analysen zeigten, daß die geringeren Transkriptmengen von rbcS und rbcL in DHL und NHL nicht mit einem parallelen Rückgang der Proteinmengen von SSU und LSU korrelieren. Die Proteinmengen an SSU und LSU in CHL, DHL und NHL weisen keine allzu großen Unterschiede auf Sowohl die Transkiptmenge des Gens Lhcb als auch die Menge des LHCIIb-Proteins war in enthärteten Winterrogenblättern in Vergleich zu gehärteten Winterroggenblättern vermindert. Auch für das antioxidativ wirkende Enzym PMSR (Peptid-Methionin-Sulfoxid-Reduktase) konnten in CHL höhere Transkriptmengen als in DHL und in NHL nachgewiesen werden. PMSR ist ein ubiquitär verbreitetes Enzym, das eine nachgewiesene wichtige Funktion bei der Abwehr von reaktiven Sauerstoffformen (ROS) ausübt. Den bislang untersuchten antioxidativen Schutz-Systemen konnte bei der Kältehärtung keine begrenzende Funktion zugeschrieben werden. Ein Schwerpunkt der Promotion lag deshalb auf der Untersuchung vom ScPMSR als antioxidativ wirkendes Enzym im Zusammenhang mit Kältehärtung. Die Transkriptmenge an ScPMSR erhöht sich nach dem längerfristigen Einwirken von Kälte. Zur Durchführung von Immunoblot Analysen mußte zunächst ein Antikörper gegen ScPMSR hergestellt werden. Mittels eines aus einer cDNA-Bank isolierten cDNA-Klons von ScPMSR wurde rekombinantes ScPMSR-Protein in E. coli Zellen produziert und nach der Reinigung zur Herstellung spezifischer Antiseren eingesetzt. Bei dem in dieser Arbeit isolierten ScPMSR handelt es sich um ein cytoplasmatisches Isoenzym. In Western Blot Analysen mit dem ScPMSR-Antikörper konnte in Gesamtproteinextrakten aus CI-IL, DHL und NHL die ScPMSR-Proteinbande (23kDa) nachgewiesen werden. In CHL und in NHL die in niedrige Temperaturen umgesetzt wurden liegt noch eine zusätzliche Proteinbande einer Größe von 68kDa vor. Werden CHL in 220C umgesetzt wird diese Bande innerhalb von 48h deutlich schwächer. Im Gegensatz dazu verstärkt sich die 68kDa-Proteinbande kontinuierlich, wenn NHL bis zu 48h in tiefe Temperaturen gestellt werden. Die Gesamtmengen an PMSR-Protein (23 kDa + 68kDa) zeigen nicht allzu große Unterschiede bei CHL, DHL und NHL und korrelieren damit nicht mit der geringeren Transkriptmenge an PMSR in DHL und NHL. Rechnerisch könnte es sich bei dem bei Kälte gebildeten 68kDa großen Proteinaggregat um ein PMSR-Trimer handeln. Dieses Aggregat konnte allerdings in vitro durch die stark denaturierend wirkenden Stoffe Guanidinhydrochlorid und SDS nicht in nachweisbare Untereinheiten aufgelöst werden. Bei dem bei Kälte gebildeten Proteinaggregat könnte es sich um die enzymatisch aktive Form eines PMSR-Trimers handeln, das bei Kälte der Abwehr von ROS dient. Insgesamt deuten die Resultate darauf hin, daß ScPMSR bei der Kältehärtung von S. cereale von Bedeutung ist. Aufgrund der geringer Substratspezifität kann PMSR bei Kälte als weitgefächertes Reparaturenzym fungieren. Nicht zuletzt wird der zyklische Oxidations- und Reduktionsprozeß von Methionin und Methioninseitenketten auch als "sink" für ROS angesehen. Es bedarf jedoch zusätzlicher Untersuchungen, um die Rolle von ScPMSR bei Kältehärtung von Secale cereale als antioxidativ wirkendes Enzym weiter definieren zu können.
Erstes Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines Anzuchtsystems, mit dem ein reproduzierbarer Trockenstreß induziert werden konnte. Mittels dieses Systems erfolgte die Selektion von zwei unterschiedlich trockentoleranten Sorghum bicolor-Kultivaren, die im weiteren Verlauf dieser Arbeit näher charakterisiert wurden. Dabei wurden zunächst Photosynthese, stomatärer Widerstand, Chlorophyll- und Carotinoidgehalt, Fv/Fm-Verhältnis, Blattdruckpotential und Blattschädigungen an allen Blättern von Kontrollpflanzen und gestreßten Pflanzen untersucht. Das jüngste, voll entwickelte Blatt wies die größten Unterschiede zwischen beiden Kultivaren auf, weshalb die weiterführende Untersuchungen nur noch an diesem Blatt durchgeführt wurden. Im Rahmen dieser Untersuchungen erfolgten Gaswechsel- und Chlorophyllfluoreszenz-Messungen unter unterschiedlicher CO2-Versorgung, sowie Messungen der blattflächenbezogenen Aktivität der C4-Enzyme (PEPCase, MDH, NADP-ME, PPDK) und zweier Enzyme des Calvin-Zyklus (Rubisco, FBPase). Darüber hinaus wurde der Gehalt der C4-Metabolite bestimmt und mittels Pigmentanalyse die Kinetik der Xanthophyll-Deepoxidation in Abhängigkeit vom Trockenstreß untersucht. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Das verwendete Modelsystem erlaubt eine reproduzierbare Induktion des Trockenstresses. Aufgrund der relativ schnellen Änderung des Wasserpotentials des Bodens während der Versuchsdauer muß das Blattdruckpotential als Standard für die Trockenstreßbelastung gemessen werden. Es konnten zwei Sorghum-Kultivare mit unterschiedlicher Trockenstreßresistenz selektiert werden. Die äthiopische Landrasse E 36 zeigt dabei trotz größerer Blattschädigung, insbesondere der älteren Blätter, unter vergleichbarem Blattdruckpotential jeweils höhere Photosyntheseraten der ungeschädigten Bereiche als die amerikanische Zuchtsorte B 35. Trotz hoher Korrelation zwischen Photosyntheserate und stomatärem Widerstand scheint die Photosynthese unter Trockenstreß nicht durch verringerte CO2-Konzentrationen im Interzellularraum limitiert zu werden, worauf auch die Daten der Fluoreszenz- und Gaswechselmessungen unter erhöhtem CO2-Gehalt hinweisen. Gaswechselmessungen unter vermindertem CO2-Gehalt bei gestreßten Pflanzen lassen auf eine geringere Aktivität der CO2-Fixierung durch die PEPCase schließen. Unter optimalen Bedingungen ist keine der in vitro gemessenen Umsatzraten der C4-Enzyme limitierend für die Photosynthese. In vivo könnte die Aktivität der PEPCase jedoch durch einen niedrigeren pH-Wert des Cytosols und Malathemmung zum geschwindigkeitsbestimmenden Schritt werden und die Photosyntheserate limitieren. Die starke Übereinstimmung von PPDK-Aktivität und Photosynthese in den Kontrollpflanzen weist auf eine mögliche Limitierung der Photosynthese durch die PPDK unter Kontrollbedingungen hin. Die starken Veränderungen der C4-Metabolit Gehalte deuten auf eine grundlegende Veränderung des C4- Stoffwechsels unter Trockenstreß hin. Höhere Malat Konzentrationen der Sorte B 35 könnten dabei zu einer frühen Inhibierung der PEPCase in den trockengestreßten Pflanzen als in E 36 führen, wodurch die Photosynthese limitiert wird.
In der Pfalz traten Thripse in den letzten Jahren vermehrt als Austriebsschädlinge in Rebanlagen auf. Sie verursachen auf Reben starken Kümmerwuchs, was bis zum vollständigen Wachstumsstopp führen kann. Als Folge dieser Schäden steht oft nicht genügend Zielholz für den Rebschnitt zur Verfügung. Im Extremfall kann ein ganzes Entwicklungsjahr verloren gehen. Thripse haben sich insbesondere in Rebschulen und Junganlagen bis zum dritten Jahr zu Problemschädlingen entwickelt. Es sind vor allem neu gepflanzte Rebanlagen in Flurbereinigungsgebieten betroffen. Eine Diagnose vor Ort ist oft schwierig, da Adulte und Larven mit bloßem Auge kaum zu erkennen sind. Über Thripse im deutschen Weinbau war bislang nur wenig bekannt. Untersuchungen zur Biologie von Thripsen auf Reben (Artenspektrum, Phänologie) sollten daher als Grundlage zur Entwicklung umweltschonender Bekämpfungsstrategien dienen. Eine Bekämpfung von Thripsen auf Reben war in der Vergangenheit nicht möglich, da im deutschen Weinbau bis 2006 keine Pflanzenschutzmittel gegen Thripse ausgewiesen waren. Ein Schwerpunkt des Forschungsprojektes war es, Pflanzenschutzmittel aus anderen landwirtschaftlichen Kulturen zu testen, die im Rahmen der „Lückenindikation“ (§18a PflSchG) gegen Thripse auf Reben eingesetzt werden könnten.
Der Gemeine Birnenblattsauger, Cacopsylla pyri (L.) (Homoptera: Psyllidae), ist ein wichtiger Schädling in der Birnenproduktion. Ende Februar beginnen die überwinternden Adulten mit der Eiablage. Zu Schäden, wie Ertragsverlusten und Fruchtverschmutzungen durch Honigtau, kommt es jedoch erst durch die zahlreichen Nymphen der dritten Generation. Die Bekämpfung erfolgt meist mit Insektizidbehandlungen gegen die Nymphen der ersten drei Generationen (BOVEY et al. 1979). Im ökologischen Anbau wird Rotenon eingesetzt, während für die integrierte Produktion verschiedene Mittel zur Verfügung stehen. Ein Nachteil dieser Insektizide sind die Nebenwirkungen auf nützliche Insekten, vor allem auf die spezialisierten Feinde (Anthocoris spp.) von C. pyri (HIGBEE & UNRUH 1994). Mit der “processed-kaolin particle film technology” (Produkt: Surround® WP, Engelhard Corporation) steht nun eine neue Bekämpfungsmöglichkeit zur Verfügung. Das Tonmineral Kaolin wurde im Obstbau ursprünglich zur Verhinderung von Sonnenbrand auf den Früchten eingesetzt (GLENN et al. 2002), wobei jedoch schnell festgestellt wurde, dass die Applikationen eine Wirkung gegen Insekten, wie Blattläuse (COTTRELL et al. 2002, WYSS & DANIEL 2004) oder C. pyri (PASQUALINI et al. 2002, PUTERKA et al. 2000, GLENN et al. 1999) haben. Da Kaolin die Insekten nicht tötet, sondern ausschließlich als physikalische Barriere bzw. repellent wirkt, sind die Nebenwirkungen auf nützliche Insekten gering. Das amerikanische Umweltministerium (EPA) stuft Kaolin als unschädlich für Nichtziel-Organismen ein (ANONYMUS 1999). Daher stellt Kaolin eine umweltfreundliche und nützlingsschonende Alternative zu den gegenwärtig verwendeten Insektiziden dar. Ziel dieser Untersuchung war es, die Wirkung von Kaolin auf C. pyri zu evaluieren und die verschiedenen Einsatzstrategien mit den herkömmlichen Bekämpfungsverfahren zu vergleichen, um eine alternative Bekämpfungsstrategie zu entwickeln.
The leaf beetle Diabrotica virgifera virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae), (D.v.v.), also called the western corn rootworm, is endemic to the New World and ranks among the top ten insect pests in worldwide grain production. D.v.v. causes annual damages of 1 billion US Dollars and is a notoriously difficult insect pest to control and manage, as entomological history of the past 50 years amply demonstrates (METCALF 1986). Considering recent emphasis on environmentally compatible and sustainable management strategies, entomologists and practitioners are encouraged to pay increased attention to novel approaches such as biotechnial methods which today are characterized by preferential use of signal compounds. Fortunately, both insect and plants provide a wide variety of such natural resources. In the case of D.v.v., sex pheromonesand plant kairomones as specific attractants and management tools are relatively well investigated through numerous contributions by GUSS et al. (1982), METCALF & METCALF (1992), METCALF (1994) and many recent publications on the advance and spread of D.v.v. within Europe (BERGER 1995-2004, HUMMEL 2003). Principle of MSD method: In this paper, the plant kairomone 4-methoxycinnamaldehyde (MCA), a specific attractant for D.v.v., is being used as a tool within the newly proposed "MSD" strategy. It combines a two pronge approach consisting as the well known mass trapping with the novel shielding and deflecting, called in short "diversion" and introduced here for the first time. An invisible “curtain” or “fence” of MCA vapor released from a MCA trap line establishes a behavioral barrier which the flying beetles cannot easily pass without being 1. either caught in one of the high capacity traps or 2. being diverted elsewhere. The net effect is a significant reduction in adult population density and oviposition within the MCA treated field as compared to an untreated control field. These effects can be experimentally measured by 1. adult beetle counts on maize plants, 2. by counts in independent monitoring traps baited with the D.v.v. sex pheromone, and 3. by egg counts taken in soil samples.
Künstlicher Traubenwicklerbefall : eine neue Möglichkeit zur Prüfung von Insektiziden im Weinbau
(2006)
Bei der Prüfung von Insektiziden gegen die Traubenwickler Lobesia botrana DEN. & SCHIFF. und Eupoecilia ambiguella HBN. (Lepidoptera: Tortricidae) im Freiland ist ein ausreichender Befall mit den Schadinsekten notwendig, um statistisch auswertbare Ergebnisse zu erzielen. Dem steht jedoch ein jährlich stark wechselnder Befallsdruck und ein oft stark geklusterter Befall, selbst innerhalb einer eng umgrenzten Rebanlage, entgegen. Hinzu kommen erhebliche Probleme mit dem richtigen Timing der Behandlung, bedingt durch eine sehr lange Flugzeit der Traubenwicklerarten, was häufig zu einer geringen Effizienz und schlechten Vergleichbarkeit der Mittel führt. Für die Entwicklung von Insektiziden bedingen diese Voraussetzungen eine große Anzahl von Versuchen, die mit hohen Kosten verbunden sind Abhilfe kann für viele Fragestellungen ein künstlich erzeugter Befall geben. Die Methode soll hier kurz vorgestellt und die Anwendung exemplarisch an Versuchen mit beiden Traubenwicklerarten dargestellt werden.
Im Ökologischen Landbau sind zur Bekämpfung von Schädlingen nur umweltfreundliche Methoden erlaubt. Entsprechend gibt es eine Reihe von etablierten biologischen oder physikalischen Methoden zum Schutz von Nutzpflanzen auf dem Acker oder in Gewächshäusern. Nutzpflanzen sind aber auch nach der Ernte im Vorratslager und bei der Verarbeitung von Schädlingen bedroht. In diesem Bereich gibt es allerdings nur wenige etablierte umweltfreundliche Bekämpfungsverfahren. Dazu zählen die Bekämpfung von Motten in Vorratslagern, Bäckereien und Haushalten mit Wespen der Gattung Trichogramma (SCHÖLLER & PROZELL 2003) und die kürzlich eingeführte Kontrolle des Kornkäfers Sitophilus granarius L. mit der Lagererzwespe Lariophagus distinguendus FÖRSTER (STEIDLE & REICHMUTH 2003). Ein Problem bei der Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Methoden der Schädlingsbekämpfung im Vorratsschutz besteht darin, dass nur wenig über die Bedingungen bekannt ist, unter denen die Lagerung stattfindet. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden die Lagerbedingungen im Ökologischen Landbau am Beispiel von Getreidelagern in Baden-Württemberg untersucht. Im Mittelpunkt standen die Art und die Größe der Lagerstrukturen, die eingelagerten Güter, die Identität der vorherrschenden Schädlinge sowie die momentan durchgeführten Maßnahmen zur Befallsvorsorge und Schädlingsbekämpfung.