Einfluß eines zuckerrýben-herbizids auf die mikroflora verschiedener böden im laborversuch

ZbI. Bakt. II. Abt. 136 (1981), 451 -460

[Institut fur Unkrautforschung del' Biologischen Bundesanstalt Itir Land- und Forstwirtschaft, Braunschweig]

EinfluB eines Zuckerriiben-Herbizids auf die Mikroflora verschiedener Boden im Laborversuch I. Mikroorganismenpopulationen und Dehydrogenaseaktivitit Influence of a Sugar Beet Herbicide on the Microflora of Several Soils in the Laboratory I. Microorganism Populations and Dehydrogenase Activity

H.-P.

MALKOMES

Mit 5 Abbildungen

Summary In the laboratory the herbicidal co m bin at ion propham + medinoterbacetate was applied to 3 soils d iffering in their sorption ca pac it y . Besides a field dos age calcul ated to the upper 5 em soil layer ( = basi c dosage) a 10fold an d 50rold dosage wa s used . The soil was incubated at 10°, 20° and 30 °C up to 4 months. Aerobic b acteria (total), aerobic spo re fo rm ing bacteria, actinomycetes an d sporulating fungi were not inhibit ed afte r the a ppl icnt ion of the b asi c herbicide dosage, but so me t im es they were stim ulate d . Aerobic bacteria (t otal) were also rarely affected by higher dosages, but in some case s ae ro bic spore forming bacteria, actinomycetes and to a lesser extent spo re for m ing fungi were inhibited. Algae (including Oyanobacteria ) wer e inhibited in 2 soils by the basic dosage, in the other cases only b y higher dosages. In all soils dehydrogenase ac t ivity was inhibited by the basic do sag e for at least one month, and for longer t ime b y higher do sages. The reaction of mi crobial populations an d their dehydrogenase activity in some cases was mo dified b y soil t ype an d temperature.

Zusammenfassung Irn L aborversuch wurde d as K ombinationsherbizid Propham + Medinoterbacetat in drei verschi ed en sor pt ion sst ar ken Boden angewendet. Neben del' auf 5 cm Bodentiefe bezogenen Feldd osierung ( = Grunddosierung) wu rde die l Ofache und 50fache Do sis ein geset zt . Der Boden wurde bis zu 4 Monaten bei 10°, 20° bzw. 30 °0 bebriitet. Aerobe Bakterien (gesamt), ae robe spore n bilden de Bakterien, Aktinomyzeten und sporulierende Pilze wurden nach del' Anwen dung del' Grunddosierung ni cht geh ernmt, sondern teilweise st.imuliert . Wahrend aerobe Bakteri en (ges amt) auch durch di e h oh er en Dosierungen kaum beeintriichtigt wurde n , wirkten diese H erbizidkonzentrationen in einigen F allen bei aeroben sp or enbildenden Bakteri en, Ak t in om yzeten und selte ne r bei sporuliere nden Pilzen hemmend. Alge n (eins chlieBlich Cyanobacteria ) w urd en in zwei Boden be re its dur ch di e Grunddoaierung, im an moorigen Boden a be l' erst durch d ie h oheren Do sierungen gehemmt . Di e Dehydrogenaseakt iv itat wurde in alle n Boden bereit s durch di e Gr un ddos ierun g wenigstens bi s zu einen Mo nat n ach del' H er b izid anwendung gehem mt, durch di e h oh er en Do sierungen noch Hinger. Die R eaktion de l' Mikl'oorganismenpopulationen und ih re Dehydrogen aseakti vitiit wu rd e dur ch den Bod en t yp und di e Tem per at u r z. T. modifiziert . 3 1*

452

H.-P. l\{ALKO~1ES

Im Zuckerriibenanbau ist heute del' Einsatz von Herbiziden zur Routin emal3nahme geworden. Speziell bei "Bodenherbiziden" treten jedoch dort Schwierigkeiten auf, wo auf sorptionsstarken Boden mit hohem Humus- und Tongehalt durch "normale" Herbizidaufwandmengen keine zufriedenstellende Unkiautbekampfung mehr erreicht wird. NIEMAK K (1974) konnte jedoch zeigen, dal3 au ch auf sorp t ionsst arken BOden durch Anpassung del' Mittel und deren Aufwandmengen eine Unkra ut hekiimpfung moglich ist. Hierdurch bedingte hohere Dosierungen werfen indessen die Frage nach Herbizidruckstanden in Boden und Pflanzen sowie nach del' Belastung del' Bod enbiozonose auf. Am Beispiel von zwei Herbizidpraparaten mit den Wirkstoffen Lenacil sowie Propham + Medinoterbacetat ist das Abbau- und Sorptionsverhalten (H ANSOR 1976) sowie die Beeinflussung del' Bodenmikroflora (MALKOMES 1977alb) bereit s in Kleinparzellenversuchen untersucht worden. Speziell bei dem Kombinationsherbizid Propham + Medinoterhacetat wurden Beeinflussungen del' Bodenmikroorganismen festgestellt. Es erschien dah er notwendig, di e Unt er suchungen unter defini erten Bedingungen for tzufiihren.

Material und Methoden E s wurde d a s Kombina ti onsherbizid ,,'Vackel' Murbetex 0" mit d en Wirkstoffen Propham (29,4 %) und Medinoterba cet at (14,55 %) angewendet, Lm Rtibenanbau ist das Praparat jetzt Iur humose San d b ode n (4 - 7 % Humus) mit 12 kg jh a bzw. mit 14 kg/ha (tiber 7 % Humus) zugelassen. Ftir di ese Untersuchungen w u rde d a s Mittel nach vo rher ige r Prtihmg d el' optimal en H erbizidwirkung (HANs eR 1976) in d en ein zelnen T estbiiden dosiert, T abelle 1 gibt ein en U berbliek tiber di e Tosbbodon, deren c bere 20- cm-Schicht n a ch dem Sieben auf 2 mm Masch enweite fur die Versuche verwendet wurde, sowie di e Grun d d os ierun g des Herbizids, Das Praparat wurde in die Boden eingemischt. Als Grunddos ie rung wurdo jeweils di e Herbizidmenge angesehen, di e bei gl ei chmaLlige r Verteilung ein e r p raxisublichen F elddosi erung in d el' oberen 5· cm -Bode ns ch ich t e rre ich t wird. Au J3erdem wurde n o c·h di e l Ofuch e (entspre chend ein er H erbizidkonzentra tion in et wa 0,5 em B od entiefe) so wie di e 50 fa che D osierung ein geset zt . Di e so behandelten B od e n wu rden a u f 60 % ih rer maximal en Wu ase rkapazitat. eingest ellt und in mi t W attestop fen vv rsc h losse ne n I-Liter-Erlenmeyerkolben (3 Wiederholungen) in a b ged un ke l ten Brut.schranken be i 10°, 20 ° bzw. 30 °C gelagert. Sie waren VOl' Versuchsbeginn b ereits ein ige Wochen bei diesen Tetnpe rut.uren aufbewahrt worden. Del' W assergehal t wurde reg elmiil3ig kont.rolliert und ergiin zt. Nuc-h e ine m Tag, e ine r Woch e, ein e m , zwei bzw. v ier Monaten wurden a us den OefaGen repraseut. nt ive Bode n p roben e n t n o m me n und fUr verschiede ne mikrobiologisch e U n ters u ch un ge n verwen det, B is zu r Verar be it u n g wurden s ie ein ige T ag e b ei 4 °C gela ge rt, Di e U nters u ch u ngen cle, ' Populat.ion en ae robe r Bakt e rien (ge samt so wie spo re n b ilde n de ), Aktinom yzet en, s p orulie re nd er P il ze so w ie Alg en (eins chlieJ31ich Cy an obacter ia ) e rfolgte n a ch dem Plat t engul3 ve rf ahren. Angabe n ti be r die ve r we n deten Nii.h r bii de n und di e Met.hodik si n d bei MALKOMES et Ill. ( 1977) ent h alt en. Di e Bestimmung de l' a kt uell en D ehydrogen as eakt i vitii t (d. h. oh ne Zusat z l"j('ht vorw ert barer o rga n is cher Stoffel e rfo lgt e na r-h THALMANN (1968). Aile 'Verte sind jeweils a u f den b ei 105°C getrockneten Boden bezoge n . In den g ra phischon D ur st c-llungen wurde boi alle n Ergebnissen di e Stan da rdab weich u ng ei n gezeichnet.

Ergebnisse 1. E influB auf die Population cn verschieden er Bodenmikroorganismen

Abb. 1 (links) zeigt da s Verhaltcn del' aeroben Bakterien (gesamt) verschiedener Boden unter dem HerbizideinfluB bei verschiedenen Temperaturen, Die drei Versuchsboden un ter scheiden sich deutlich in ihrem Bakteriengehalt. Die wenigsten Bakt er ienkeime waren je nach Temp eratur und Versuchszeit im schluffigen Sandboden (BBA ) bz w. im lehmi gen Tonboden (SB) vorhanden. Bis auf einen Fall (BB - 30 °C-

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Abb, 1. H e rbizidoinflul3 b ei versch iedenon T empe raturen a u f di e P opulationon ae ro ber Bakterie n in 3 Boden; links: Ge samt-Gakt erien, r e chts: Sporenbildne r. (1 = Kontrolle, 2 = Grunddosierung, 3 = lOfa cho Doaierung, 4 = 50fache D osi erun g. Bitto di e unters chiedlichen Mal3 stiibe a u f den Or d in a sen b eachten! )

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EinfluLl eines Zuckerriiben-Herbizides

455

2 Monate bei 50facher Dosis) waren zu keiner Zeit signifikante Hemmeffekte feststellbar. Dagegen zeigten sich z. T. in allen drei Boden einen Tag nach der Behandlung in Abhangigkeit von der Temperatur und der Dosierung deutliche Stimulationseffekte. Zwei Monate nach dem Herbizideinsatz waren diese lediglich noch bei 10°C des lehmigen Tonbodens (SB) erhalten geblieben. Auch die Populationen aerober, sporenbildender Bakterien (Abb. 1 rechts) waren zu Beginn in den einzelnen Boden verschieden zahlreich. Einen Tag nach der Behandlung traten bei 20°C im anmoorigen Sandboden (HB) und bei 30°C im lehmigen Tonboden (SB) durch die beiden hochsten Herbiziddosierungen deutliche Hemmeffekte auf, wah rend sich einzelne Hemmwirkungen bei Normaldosierungen (HB 10°) und lOfacher Dosis (BBA - 30°) nicht in das iibrige Verhalten einordnen lassen. Dagegen kam es aber auch hier zu Stimulationswirkungen, vor allem bei Normaldosierungen (SB - alle Temperaturen). Zwei Monate naeh der Behandlung waren im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB) nur bei 10facher Dosis (10-30 °C) und im lehmigen Tonboden (SB) bei allen Dosierungen (10°, 20 "C) Stimulationen vorhanden, wshrend Hemmeffekte bis auf zwei Falle (BBA - 30° - lOfache Dosis; HB - 30° - 50fache Dosis) in keinem Boden beobachtet wurden. Abb. 2 (links) zeigt das Verhalten der Aktinomyzetenpopulationen im Boden. Auch hier war die Populationsgrofie je nach Boden verschieden. Der lehmige Tonboden (SB) wies einen hohen Gehalt an Aktinomyzetenkeimen auf. Einen Tag nach der Behandlung traten lediglich im schluffigen Sandboden (BBA - alle Temperaturen) bei hohen Dosierungen deutliche Hemm.effekte auf, wahrend in den anderen Boden je nach Temperatur durch die Grunddosierung z. T. Stimulationen verursacht wurden. Nach zwei Monaten waren die Hemmeffekte im schluffigen Sandboden (BBA) noch vorhanden, wahrend jetzt auch im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB) durch die 50fache und z. T. durch die 10fache Dosierung bei allen Temperaturen verringerte Keimzahlen verursacht wurden. Irn lehmigen Tonboden (BB) traten bei 20° und 30°C unabhangig von der Dosis Stimulationen auf. Auch die Ausgangspopulationen sporulierender Pilze variierten je nach Bodenart und Temperatur (Abb. 2, rechts). Einen Tag nach der Herbizidbehandlung wirkte lediglich im schluffigen Sandboden (BBA) bei 20°C die hochste Dosis hem mend, wahrend in den anderen Boden (auBer SB - 20°C) Stimulationen auftraten. Zwei Monate spater zeigten sich Hemmwirkungen lediglich bei 20°C im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB) sowie bei den hOchsten Dosierungen im schluffigen Sandboden (BBA - alle Temperaturen), wahrend im lehmigen Tonboden (SB) durchgehend Stimulationen beobachtet wurden. Abb. 3 zeigt die Populationen von Bodenalgen (einschlieBlich Cyanobacteria). Relativ keimarm war der anmoorige schluffige Sandboden (HB), wahrend der lehmige Tonboden (SB) die hochsten Werte aufwies. Im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB) wirkten nur die hoehsten Dosierungen (bei 10° und 30°C) hemmend, im lehmigen Tonboden (BB) die 10- und 50fache Dosis, bei 30°C auch die Grunddosierung, wahrend im leichten BBA-Boden entweder aIle (20° und 30°C) oder wenigstens die hoheren Dosierungen (10 "C) deutliche Effekte verursachten. 2. EinfluB auf die Dehydrogenaseaktivitat Abb. 4 (links) zeigt die Enzymaktivitat im schluffigen Sandboden (BBA). Die Aktivitatswerte liegen aHgem.ein auf einem niedrigen Niveau. Bis einen Monat nach

Abb, 2. HerbizideinfluLl bei verschiedenen Temperaturen auf die Keimzahl von Aktinomyzeten (links) und sporulierenden Pilzen (rechts) in 3 Boden. (Erlauterungen siehe Abb, 1).

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Abb. 3. Herbizideinfluf3 bei verschiedenen Temperaturen auf die Keimzahl von~lgen (einschliejilich Cyanobacteria) in 3 Boden. (Erlauterungen siehe Abb. 1.)

der Behandlung wirkten alle Dosierungen unabhangig von der Temperatur mehr oder weniger deutlich hemmend. Wahrend bei 20° und 30 °0 die Grunddosierung nach zwei Monaten keine Hemmeffekte mehr verursachte, war die Enzymaktivitat bei 10 °0 noch verringert. Bei den hoheren Dosierungen war unabhangig von der Temperatur tiber die gesamte Versuchszeit von zwei Monaten eine sehr starke, teilweise noch zunehmende Hemmwirkung vorhanden. Fur den lehmigen Tonboden (SB) ist das Verhalten der Dehydrogenaseaktivitat in Abb. 4 (rechts) dargestellt. Die Enzymaktivitat lag hier etwa doppelt so hoch wie im vorigen Boden. Unabhangig von der Temperatur wirkten alle Herbiziddosierungen wahrend der gesamten Versuchszeit deutlich hemmend. Besonders stark ausgepragt waren diese Effekte bei 10- und 50facher Dosierung. Abb.5 zeigt die sehr hohe Dehydrogenaseaktivitat im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB). Bis einen Monat nach der Behandlung wirkte das Herbizid unab-

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Abb. 4. Herbizideinflutl bei verschiedenen Temperaturen auf die Dehydrogenaseaktiviti1t (TPF = Triphenylformazan); links: schluffiger Sandboden (BBA), rechts: lehmiger Tonboden (SB). (Weitere Erlauterungen siehe Abb. 1.)

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Abb. 5. Herbizideinfluu bei verschiedenen Temperaturen auf die Dehydrogenaseaktivitat im anmoorigen schluffigen Sandboden (HB). (Erlauterungen siehe Abb. 1 und 4.)

hangig von der Temperatur mit gesteigerten Aufwandmengen starker hemmend auf die Enzymaktivitat. Danach trat bei der Grunddosierung zunaohst bei 30 °0 nach zwei Monaten und dann bei 20 °0 nach vier Monaten eine Anpassung an die Kontrollwerte ein, wahrend diese bei 10 °0 auch nach vier Monaten noch nicht erreicht wurden.

Diskussion In den vorliegenden Laborversuchen wurden anfangs - mit Ausnahme der empfindlichen Algen - alle untersuchten Mikrobenpopulationen erst durch hohere Dosierungen gehemmt, wahrend die Grunddosierung z. T. stimulierend wirkte. Von dem Wirkstoff Propham des Kombinationsherbizids "Wacker Murbetex 0" sind Beein-

Einflul3 eines Zuckerriiben-Herbizides

459

triichtigungen del' Bodenmikroben vor allem erst bei hoheren Dosierungen zu erwarten (NEWMAN 1947, GAMBLE et al. 1952). Wiihrend tiber die Nebenwirkungen des anderen Wirkstoffs Medinoterbacetat wenig bekannt ist, sind von chemisoh verwandten Dinitrophenolherbiziden (DNOC, DNBP) Hemmwirkungen beobachtet worden, die teilweise in vortibergehende Stimulationen iibergingen (DOMSCH 1963, ANDERSON 1978). MALKOMES (1980) konnte in Feld- und GefaBversuchen mit Dinosebacetat ahnliche Hemmungen der Dehydrogenaseaktivit at feststellen wie in den Laborversuohen mit Medinoterbacetat. Zwischen den Herbizid-Nebenwirkungen auf die Mikrobenpopulationen und denen auf die Dehydrogenaseaktivitat liellen sich in den vorliegenden Laborversuchen - mit Ausnahme del' Algen - keine Korrelationen feststellen. Das kurzfristige Ansteigen del' meisten untersuchten Mikrobenpopulationen konnte darauf beruhen, daB ein Toil dol' Bodenorganismen durch das Kombinationsherbizid abgetOtet und von den tiberlebenden Mikroben als leicht verwertbare Nahrstoffquelle verwendet wurde, was zu einem Anstieg del' auf den Testnahrboden gut wachsenden Mikroorganismenpopulationen fiihrte. Immerhin sind bei andoren Dinitrophenolherbiziden Anzeiehen fur ein derartiges Verhalten gefunden worden (MALKOMES, unveroffentlicht). Die Wirkllngen des Herbizids auf die einzelnen Mikrobenpopulationen und die Dehydrogenaseaktivitat wurden nur wenig durch den Boden und die Temperatur modifiziert. Allerdings erholte sich die Dehydrogenaseaktivitat bei h6heren Temperaturen in zwei Boden schneller, Entsprechende Versuche mit den Herbiziden Metribuzin, Propachlor und Dalapon zeigten indessen deutliehere Temperatureinfluase (RANKOV und VELEV 1976, MARSH und GREAVES 1979). Ein Vergleich der Ergebnisse des Laborversuchs mit friiheren Kleinparzellenversuchen unter Freilandbedingungen a uf denselben Boden (MALKOMES 1977a) zeigt, daB die damals gefundenen verringerten Mikrobenpopulationen im jetzigen Laborversuch meistens nul' bei hoh eren Dosierungen zwei Monate nac h dem Herb izideinsatz auftraten . I n zwei Boden (BBA und HB ) zeigte die Dehydrogenaseak t ivit at im GefaBver such bei 10° und 20 °C ahnliche Hemmungen wie im Kleinparzellenversuch, wahrend die im lehmigen Tonbodon (SB) fruher beobachteten Stimulationen einer Hemmung un ter Laborbedingungen gege niiberstande n. Die durch praxisubliche H erbiziddosierungen ill! Laborversuch gestorte Dehydrogenaseaktivitat. benotigte relativ lange Zeit, um sich wieder den Werten des Kontrollbodens anzunahern, Bei hoher en Herbizidkonzentrationen, wie sie in del' landwirtsehaftlichen Praxi s kurz nach del' Spritzung in del' oberst en Bodensehicht (etwa 0,5 em Tiefe) a uftre te n konnen , war bei 10° und 20 °C unter den Versuchsbedingungen Tabelle 1. Eigenschaften der T estboden sowie Herbizid-Grunddosierungen Bezeich- Boden art nung

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460

H.-P. l\'[ALKOMES, EinfluI3 eines Zuckerruben-Herbizides

kein Erholungseffekt aufgetreten, sondern die Hemmung verstarkte sich in emigen Fallen noch. Fur hohere Herbiziddosierungen scheint dies in GefaBversuchen, wo keine organischen Substrate zugefUgt werden, nicht vollig ungewohnlich zu sein, da PoSCHENRIEDER (1978) bei Linuron sowie Sl\IITH und PUGH (1978) bei Paraquat und 2,4,5-T ahnliche Wirkungen beobachteten. Dies ist insofern bemerkenswert, da neuere Interpretationsmodelle von relativ kurzen Erholungszeiten bodenbiologischer Aktivitaten nach dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ausgehen (GREAVES und MALKOMES 1980).

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