Einsatz von Bioziden zur Beeinflussung der Bodenmikroflora und deren Umsetzungen

Zbl. Bakt. II. Abt., Bd. 132, S. 155-162 (1977)

[Aus dem Forschungszentrum fiir Bodenfruchtbarkeit, Miincheberg, der Akademie der Landwirt. schaftswissenschaften der DDR]

Einsatz von Bioziden zur Beeinflussung der Bodenmikroflora und deren U msetzungen 4. Mitteilung: EinfIu6 von strohabbauhemmenden Wirkstoffen auf den Stickstoffumsatz The Effect of Biocides on the Microflora of Soils and Their Degradation 4. The Influence of Substances Inhibiting the Straw Decomposition on the Nitrogen Transformation

Gisela Hoflich }Iit 5 Abbildungen

Summary 1. Active ingradients retarding the carbon·transformation of straw (TCP, Thiuram, TBTO) also retard the nitrification. Their active period depends on the concentration and on the presence of organic matter. High doses of urea can inhibit the nitrification as well. 2. The activity of urease and the ammonification could not be influenced by adequate doses of the tested active ingredients. 3. The species of bacterium Aweobacter fixing the nitrogen from the air were inhibited by TCP, urea and D.chloramphenicol and promoted by Thiuram and WTZ II 277 after a short period of inhibition. 4. The fungi are very important in the biological nitrogen fixation after manuring straw and in prevention of nitrogen leaching in the autumn. o. The sufficient concentrations of the active ingredients to inhibit the nitrification are lower than the fungicidal concentrations. The soil bacteria could even not be restrained by doses of 5000 ppm. The bacilli were more retarded in presence of organic matters than in a not manured soil.

Zusammenfassung 1. Wirkstoffe, die den C·Umsatz bei Stroh hemmen (TCP, Thiuram, TBTO), hemmen auch die Nitrifikation. Die Wirkungsdauer ist von der Konzentration und der Anwesenheit organischer Stoffe abhangig. Hohe Harnstoffgaben kennen die Nitrifikation ebenfalls hemmen. 2. Die Ureaseaktivitat und Ammonifikation lieJ3en sich mit vertretbaren Aufwandmengen durch die untersuchten Wirkstoffe nicht negativ beeinflussen. 3. Die luftstickstoffbindenden Azotobacter·Arten wurden von TCP, Harnstoffund D·Chloramphenicol gehemmt und von Thiuram und WTZ II 277 nach einer kurzen H emmphase geferdert. 4. Bei der biologischen N·Festlegung nach Strohdiingung und bei der Verhinderung der N·Auswaschung im Herbst wird den P itzen eine groJ3e Bedeutung zugesprochen.

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5. Die nitrifikationshemmenden Wirkstoffkonzentrationen licgen niedriger als die fungiziden. Die Bodenbakterien konnten selbst durch Aufwandmengen von 5000 ppm nicht unterdruckt werden. Die Bazillen wurden in Gegenwart organischer Stoffe starker gehemmt als in ungediingtem Boden.

In den ersten drei Mitteilungen wurde nachgewiesen, daB durch fungizid- bzw. durch totalwirkende Mikrobizide eine Hemmung der Strohzersetzung mcglich ist. 1m Rahmen dieser Mitteilung soll der EinfluB einiger Mikrobizide auf den Stickstoffumsatz (Nitrifikation, Ammonifikation, Ureaseaktivitiit und luftstickstoffbindende Azotobacter-Arten) untersucht werden.

Material und Methoden In Labormodellversuchen wurden zur Ermittlung effektiver Wirkstoffkonzentrationen die Wirkstoffe TCP, Thiuram und TBTO in Konzentrationen von 5, 10, 50, 100, 200, 1000 und 5000 ppm in einen ungedungten Muncheberger Sandboden eingearbeitet. Erganzende Untersuchungen erfolgten mit D·Chloramphenicol und Reglone. Der EinfluB organischer Substanzen wurde nach Zusatz von 2 % Strohmehl bzw. 2 % Luzernemehl gepruft. Die Bebrutung erfolgte bei 50 % Wasserkapazitat und 21 cC. FUr die Ermittlung der Nitrifikationsfahigkeit wurden 30 mg NIl 00 g Boden als (NH4)2S0 4 und fUr die Ureaseaktivitatsbestimmung 60 mg Harnstoff/iOO g Boden zugesetzt. Die Beurteilung der Ammonifikation erfolgte durch Messung del' NH 3 ·Freisetzung aus den Eiweil3verbindungen des Luzernemehls. Ammoniumstickstoff wurde kolorimetrisch und Nitratstickstoff mit Hilfe der Nitratelektrode bestimmt. Eine Beschreibung der mikrobiologischen Untersuchungsmethoden erfolgte in del' ersten Mitteilung. Azotobacter·Arten wurden auf Mannit·Agar nach GLATHE und AHRENS ausgezahlt.

Versuchsergebnisse 1. Nitrifikation

Fur eine 4- bis 8wochige Hemmung der Nitrifikation genugten in einem nicht organisch gedungten Boden 5 ppm TOP bzw. Thiuram. Eine uber die Mindestkonzentration hinausgehende Wirkstoffmenge ftihrte meist zu einer Verlangerung der Wirkungsdauer (Abb. 1 und 2). In Gegenwart organischer Stoffe war die Nitrifikationshemmung von TOP starker und anhaltender als die von Thiuram (Abb.3). Eine durch organische Zusatze stimulierte Mikroflora baute Thiuram und TBTO ab, und die Nitrifikationshemmung ging - bei Luzerne schneller als bei Stroh zuruck. Die beiden Bakterizide D-Chloramphenicol (Abb.3) und Reglone zeigten bei Luzerne und Strohl eine unterschiedliche Wirkung. Wirkstoffe, die an Hackseistroh prapariert in den Beden eingebracht wurde, hemmten in Abhangigkeit von der Stroh- und Wirkstoffmenge die Nitrifikation im umgebenden Boden. TCP-Praparate waren wirksamer als Thiuram-Praparate. Hohe Harnstoffgaben konnen in einem an organischen Substanzen armen Boden die Nitrifikation ebenfalls hem men (Abb. 4). Ein Zusatz von C-reichem Material (Stroh) wandelt die Hemmung in eine Stimulierung um, weil wahrend der Strohzersetzung ein Teil des toxischen NH 3 -Stickstoffs biologisch festgelegt wird. Bei niedrigen Harnstoffkonzentrationen wird die Nitrifikation jm Vergleich zu Ammoniumsulfat gefordert, es besteht hier die Gefahr verstarkter Nitratauswaschung. Da in allen Bodenfiltraten kein Nitrit nachgewiesen wurde, kann man ableiten, daB die Wirkstoffe bereits die erste, durch Nitro80monas aktivierte Phase der Nitrifikation hemmten.

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Abb. 1. Einflul3 unterschiedlicher Thiuram-Konzentration auf die Nitrifikation in nicht organisch gediingtem Boden.

2. U reasehemm ung Eine Ureasehemmung erfolgte nur durch TCP bei hohen Aufwandmengen von 1000 bzw. 5000 ppm. Wahrend die Wirkung der niedrigeren Konzentration nur bis 8 Wochen anhielt, blieb die der hoheren Konzentration auch nach Strohzusatz erhalten. Eine praktische Bedeutung wird dieser Wirkstoff hinsichtlich der Ureasehem mung nicht erlangen. 3. Ammonifikation Die Ammonifikation des in der Luzerne enthaltenen EiweiBstickstoffes wurde von den genannten Wirkstoffen nicht gehemmt (s. Abb. 3). Diein denersten 20 Wochen tiber der Kontrolle liegenden Werte lassen sogar eine Forderung der Ammonifikation vermuten. Sie konnen aber auch auf eine gehemmte biologische Stickstoffestlegung und - mit Ausnahme von D-Chloramphenicol - auf gehemmte Nitrifikation zurtickzufUhren sein (Reglone reagierte ahnlich wie D-Chloramphenicol und TBTO wie Thiuram).

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Abb. 2. EinfIuJ3 unterschiedlicher 2,4,5-Trichlorphenol-Konzentrationen auf die Nitrifikation in nicht organisch gediingtem Boden.

4. AnteiI an loslichem Stickstoff

+

Der Anteil an lOslichem Stickstoff (Ammonium Nitrat) lag bei Luzerne in der Kontrolle sowohl bei 2 % als auch bei 10 % organischer Substanz (Tabelle 1) erwartungsgemiiB hOher als bei Stroh. Die Wirkstoffe Thiuram und TCP bewirkten dagegen besonders bei Stroh einen hOheren los lichen Stickstoffanteil als in der Kontrollvariante. Das steht im Zusammenhang mit der gehemmten Mikroflora und einer dadurch bedingten reduzierten biologischen N-Festlegung. Da durch diese Wirkstoffe vorwiegend die PiIze und weniger die Bakterien gehemmt wurden, liiBt sich hieraus ableiten, daB die Pilze flir die biologische N -Festlegung besonders wichtig sind. Ihre Hemmung erhoht die Gefahr unproduktiver N-Verluste durch Auswaschung im Herbst. Reglone unterscheidet sich sowohl in den Bakterien· und Pilzzahlen als auch im Gesamtstickstoff- und los lichen Stickstoffgehalt am wenigsten von der Kontroll· variante.

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Abb. 3. EinfluJ3 unterschiedlicher Wirkstoffe auf die Ammonifikation und Nitrifikation nach Zusatz von Stroh bzw. Luzerne

Tabelle 1. Anteil loslichen Stickstoffs (Ammonium nach 12wochiger Bebriitung

+ Nitrat)

am Gesamt·N (mg N/I00 g Boden)

Wirkstoffe

10% Luzerne 5000 ppm Wirkstoff

ohne

13,6

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Thiuram

21,1

41,1

Trichlorphenol

27,9

45,4

Reglone

17,4

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10% Stroh 5000 ppm Wirkstoff

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l00g Bodan .. 10 mg N +0.1 9

Abb. 4. Einflul3 unterschiedlicher Harnst off-Konzentrationen auf die Nitrifilistion in nicht organisch gediingtem Boden.

5. WirkstoffeinfluB auf Azoto bacter ErwartungsgemaB unterdriickte Harnstoff die Entwicklung von Azotobacter (Abb. 5). Ungiinstig wirkten sich auch TCP und D-chloramphenicol aus. Ihre Anwendung soUte sich deshalb auf bestimmte Zentren im Boden beschranken. Thiuram und das Zinnorganikum WTZ II 277 hatten nach geringer Hemmung in den ersten Wochen einen fordernden Effekt. 6. Effektive Wirkstoffkonzentration gegeniib er verschiedenen Mikroorganismen bzw. mikro bi e llen Umsetzungen Vergleichende Untersuchungen zur Ermittlung effektiver Mikrobizidkonzentrationen gegeniiber anderen Bodenorganismen zeigten, daB in einem nicht organisch gediingten Boden bei TCP und TBTO fUr eine 2 W ochen anhaltende fungizide Wirkung 5 -10 ppm geniigten. Bei Thiuram lag die niedrigste fungizide Konzentration

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Abb. 5. Einflu13 verschiedener Wirkstoffe auf den Azotobactcr·Gehalt in e inem Boden mit 2 % Strohmehl.

mit 2- bis 4wochiger Wirkungsdauer bei 50 ppm. Die Nitrifikation wurde somit durch niedrigere Aufwandmengen tiber einen langeren Zeitraum gehemmt als die PiIze. Auf Grund dieses Effektes konnten die Praparate auch als Nitrifikationshemmer genutzt werden. Die Untersuchungen zeigen auBerdem, daB die Ermittlung der Nitrifikationsfahigkeit ein sehr empfindlicher Test fUr den Nachweis von Hemmstoffen im Boden ist. Auf die hohe Wirkstoffempfindlichkeit der Nitrifikationsbakterien wiesen auch AUDUS (1970), ALEXANDER (1969), DOMSCH (1963), NAUMANN (1970), HOFER et al. (1971), WAINWRIGHT U. PUGH (1973), MARKERT (1974) u. a. hin. Mindestaufwandmengen zur Ausschaltung der heterotrophen Bakterien konnten nicht ermittelt werden, da bei allen Wirkstoffen selbst mit Konzentrationen von 5000 ppm keine vollige Unterdrtickung der Bodenbakterien tiber einen langeren Zeitraum gelang. Die Gefahr einer Abtotung der Gesamtbodenmikroflora durch verstarkten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln sollte deshalb nicht tiberbetont werden. Eine selektive Wirkung der Mikrobizide im Boden war stark von den Umweltverhaltnissen und der Konzentration abhangig. Die Bazillen wurden durch Thiuram in Gegenwart organischer Stoffe starker als in einem ungedtingten Boden gehemmt. Hier spielt wahrscheinlich auch die Konkurrenz der wirkstoffresistenten Pseudomonaden eine Rolle, die in Gegenwart organischer Substanzen besonders stimuIiert wurden. 11

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7. Moglichkeiten der Regeneration einer gestorten Mikroflora Als eine Moglichkeit, eine durch Thiuram (bis 200 ppm) gestorte MikrofIora zu regenerieren bzw. den Thiuramabbau zu beeinfIussen, zeichnete sich der Zumtz von Stroh (Niihrstoffquelle), kombiniert mit einer BodensuspEllsicn (WiederbeEiEdlung durch Mikroorganismen) abo Bei TCP- bzw. TBTO-verseuchtem Boden war diese MaBnahme dagegen nicht so effektiv. Literatur ALEXANDER, M.: Microbial degradation and biological effects of pesticides in soil. UNESCO Natural Resources Research 9 (1969), 209-240. AUDUS, L. J.: The action of herbicides and pesticides on the microflora. Meded. Rijksfac. LandbWet. Gent 35 (1970),465-492. DOMSCH, K.: Einfliisse von Pflanzenschutzmitteln auf die Bodenflora (Sammelbericht). Mitt. BioI. Bundesanstalt fiir Land- u. Forstwirtsch. 107 (1963). HOFER, I., BECK, TH., und WALLNOFER, P.: Der EinfluB des Fungizids Benomyl auf die Bodenmikroflora. Z. Pflanzenkrankh. 78 (1971), 398-405. HOFLICH, G.: Einsatz von Bioziden zur Beeinflussung der Bodenmikroflora und deren Umsetzungen. 1. Mitt.: Auswahl geeigneter Biozide und Moglichkeiten der selektiven Beeinflussung von Bodenmikroorganismen. Zbl. Bakt. II 132 (1977),55-66. Einsatz von Bioziden zur Beeinflussung der Bodenmikroflora und deren Umsetzungen. 2. Mitt.: Wechselbeziehungen zwischen veranderter Mikroorganismenpopulation und dem Abbau von Stroh. Zbl. Bakt. II 132 (1977), 67 -74. Einsatz von Bioziden zur Beeinflussung der Bodenmikroflora und deren Umsetzungen. 3. Mitt.: Wechselbeziehungen zwischen veranderten Mikroorganismenpopulationen und dem Abbau von Griindiingungspflanzen im Vergleich zum Strohabbau. Zbl. Bakt. II 132 (1977), 148-154. MARKERT, S.: Uber die Moglichkeit zur Steuerung von Harnstoffumsetzungen im Boden durch einige handelsiibliche Pestizide. Transactions of the 10th Intern. Congress of Soil Science IX, Moskau 1974. NAUMANN, K.: Zur Dynamik der Bodenmikroflora nach Anwendung der Fungizide Olpisan (Trichlordinitrobenzol), Captan und Thiuram. Arch. Pflanzenschutz 6 (1970), 383-398. WAINWRIGHT, M., and PUGH, G. J. F.: The effect of three fungicide on nitrification and ammonification in soil. Soil BioI. Biochem. 5 (1973), 577-584. Anschrift der Verfasserin: Dr. GISELA HOFLICH, Forschungszentrum fUr Bodenfruchtbarkeit der AdL der DDR, 1278 Miincheberg, Wilhelm-Pieck-StraBe 72.