Pflanzenbau

Natürliche Reduktion von Fusarium-Mykotoxinen

Die Ährenfusariose kann bedeutende Ernteverluste und Mykotoxin-Belastungen von Getreide verursachen, was die Sicherheit von Lebens- und Futtermitteln gefährdet. Zur Lösung des Problems wurde nach einer wirksamen und ökologischen Methode gesucht.
Ein erfolgversprechender Ansatz zur Reduktion von Fusarium-Mykotoxinen und zur Verbesserung des Kornertrags bei Weizen ist die «Cut-and-carry»-Biofumigation.

(Dimitrios Drakopoulos/Agroscope)

Publiziert am

Postdoktorand, Agroscope

Postdoktorand, Agroscope

Wissenschaftlich-technischer Mitarbeiter, Agroscope

Leiterin Forschungsgruppe Ökologischer Pflanzenschutz im Ackerbau, Agroscope

Die Ährenfusariose ist eine verheerende Getreidepilzkrankheit, die weltweit hohe Ernteausfälle und vor allem eine starke Belastung der Körner mit Mykotoxinen wie Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEN) zur Folge hat. In der Schweiz wird die Ährenfusariose hauptsächlich durch die Pilzart Fusarium graminearum verursacht. Der Pilz überwintert auf infizierten Ernterückständen wie zum Beispiel Maisstängeln. Zwar ist die Einarbeitung der Ernterückstände in den Boden mit dem Pflug eine effiziente landwirtschaftliche Praxis, um die Ährenfusariose einzudämmen, wiederholtes Pflügen hat aber negative Auswirkungen auf die Bodenqualität und -fruchtbarkeit. Weiterhin wird eine reduzierte Anwendung von chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln angestrebt, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit von Mensch und Tier zu minimieren. Deshalb ist es wichtig, alternative Strategien zur Reduktion von Fusarium-Mykotoxinen in Weizen bei reduzierter Bodenbearbeitung zu entwickeln.

«Cut-and-carry»-Biofumigation: Wie funktioniert das?

Als Biofumigation bezeichnet man die Desinfektion des Bodens durch Stoffe, die beim Abbau von Glucosinolaten entstehen, wenn Senfpflanzen als Zwischenfrucht in den Boden eingearbeitet werden.
Die «Cut-and-carry»-Gründüngung ist eine neue Düngungsstrategie, bei der die oberirdische Biomasse von Stickstoff-fixierenden Nutzpflanzen, zum Beispiel Leguminosen oder Gras-Klee-Mischungen, gesammelt und zur Düngung auf einem anderen Feld, auf dem die eigentliche Kultur angebaut wird, ausgebracht wird. Neben der Düngung des Bodens könnten so auch Krankheiten eingedämmt werden, bei denen die Infektion über den Boden oder über Ernterückstände stattfindet. Durch die «Cut-and-carry»-Biofumigation mit Senf könnte der in den Ernterückständen überwinternde Fusarium-Pilz gehemmt und so die Entwicklung der Ährenfusariose in der nachfolgenden Getreidekultur eingedämmt werden.

Neben der Düngung des Bodens könnten so auch Krankheiten eingedämmt werden.

In einer simulierten Mais-Weizen-Fruchtfolge ohne Bodenbearbeitung wurde die Wirkung der «Cut-and-carry»-Biofumigation auf die Fusarien-Infektion und auf die Belastung mit Mykotoxinen bei Weizen untersucht. Auf dem Gelände von Agroscope-Reckenholz in Zürich wurden zwei Feldversuche (2016–17 und 2017– 18) mit den Weizensorten «Levis» und «Forel» (hohe und mittel-hohe Anfälligkeit gegenüber Fusarium) durchgeführt. Dabei wurden Maisstängel nach der Ernte im Labor mit F. graminearum infiziert und nach der Weizenaussaat auf dem Boden verteilt. In einem benachbarten Feld wurde Mitte August Weisser Senf, Brauner Senf beziehungsweise Alexandrinerklee angesät.

Drei Monate später wurde die oberirdische Biomasse dieser Gründüngungskulturen gesammelt, grob gehäckselt und auf den Weizenparzellen nach der Aussaat ausgebracht, so dass die infizierten Maisstängel ausreichend bedeckt waren (Abbildung 2). Für die ausreichende Bedeckung eines Hektars sollte die oberirdische Biomasse eines halben Hektars Alexandrinerklee oder einer ganzen Hektare Weisser Senf oder Brauner Senf verwendet werden.
Während des Weizenwachstums wurde bei allen Behandlungen anorganischer Dünger ausgebracht (141 Kilogramm Stickstoff und 20 Kilogramm Magnesiumoxid pro Hektar).

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Abbildung 2: Simulation einer Mais-Weizen-Fruchtfolge und Versuchsbehandlungen zur Reduktion der Ährenfusariose und Mykotoxin- Belastung bei Weizen. Kontrolle: Parzellen mit infizierten Maisstängeln ohne Behandlung; Weisser Senf, Brauner Senf und Alexandrinerklee: Parzellen mit «Cut-and carry»-Biofumigation, bei denen die mit Fusarium infizierten Maisstängel durch die oberirdische Biomasse der Gründüngungspflanzen bedeckt wurden. Jede Parzelle bestand aus zwei Unterparzellen mit je einer Weizensorte (Levis und Forel).

 

Die wichtigsten Ergebnisse im Überblick

In beiden Jahren wurde die Belastung der Weizenkörner mit Mykotoxinen durch alle Behandlungen mit «Cut-and-carry»-Biofumigation im Vergleich zur Kontrollbehandlung reduziert: DON um –37 bis – 58 Prozent beziehungsweise ZEN um – 65 bis -87 Prozent (Abbildung 1). Ausserdem nahm der Weizen-Kornertrag bei allen Biofumigationsbehandlungen in beiden Versuchen um + 3 bis +15 Prozent zu (Abbildung 1). Ein weiterer Nutzen von Mulchschichten aus Gründüngungskulturen ist die Verbesserung der Bodenqualität, zum Beispiel die Zunahme des Gehalts organischer Substanz im Boden und die Versorgung mit bedeutenden Stickstoffmengen, insbesondere, wenn Klee eingesetzt wird. Dies könnte besonders bei biologischem Anbau ohne Viehhaltung wertvoll sein, weil diese Betriebe dadurch weniger stark von Hofdünger abhängig sind, der teuer und / oder schlecht verfügbar sein kann. Im Zusammenhang mit einem nachhaltigen Pflanzenschutz zeigte sich, dass die «Cut-and-carry»-Biofumigation beim Weizenanbau geringere Mykotoxin-Belastungen und dadurch einen höheren Kornertrag und eine bessere Qualität ermöglicht. Die Biofumigation mit Weissem Senf, Braunem Senf und Alexandrinerklee eignet sich für Landwirtschaftsbetriebe mit pfluglosem ÖLN-, Extenso- oder Bio-Anbau von Getreide. 

Tabelle Biofumigation_Gesamt

Abbildung 1: Reduktion der Mykotoxine Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEN) in Weizenkörnern sowie Zunahme des Kornertrags (Ernten 2017 und 2018) nach Ausbringen von mit Fusarium graminearum infizierten Maisstängeln und verschiedenen Behandlungen mit «Cut-and-carry»-Biofumigation (Weisser Senf, Brauner Senf und Alexandrinerklee). Bei der Kontrolle erfolgte keine Behandlung nach dem Ausbringen der infizierten Maisstängel. Die Grafik zeigt die Mittelwerte (Kreise) und Standardfehler (Balken) von zwei Weizensorten (Levis und Forel).

 

Wissenschaftliche Publikation 
Drakopoulos D., et al. (2020): Prevention of Fusarium head blight infection and mycotoxins in wheat with cut-and-carry biofumigation and botanicals. Field Crops Research 246: 107681

Bilder 
Dimitrios Drakopoulos, Agroscope

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