Alternative zur Anwendung von Fungiziden?

Der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln sollte entsprechend der guten fachlichen Praxis und gemäß des Pflanzenschutzgesetzes immer erst dann erfolgen, wenn die vorbeugenden (sachgerechte Pflege) sowie alle sonstigen, nicht-chemischen Maßnahmen des integrierten Pflanzenschutzes nicht zum Erfolg führten. Der Einsatz des chemischen Pflanzenschutzes ist somit auf das notwendige Maß zu beschränken. Leider stehen uns zur Abwehr von Schadpilzen bisher keine physikalischen und biotechnischen Maßnahmen zur Verfügung. Auch biologische Maßnahmen sind nur bedingt erfolgreich einsetzbar, da die dafür notwendigen mikrobiellen Präparate eigentlich als Pflanzenschutzmittel zugelassen sein müssten (einige sind als Pflanzenschutzmittel gelistet, aber nicht für den Einsatz im Rasen genehmigt). Eine Listung als Pflanzenstärkungsmittel ist nicht mehr gestattet, wenn eine direkte Wirkung eines antagonistischen Bakteriums oder Pilzes gegenüber einem Schadpilz nachgewiesen ist. Ein derzeit noch möglicher Weg erfolgt über einige Bodenhilfsstoffe, die zufälligerweise eine Nebenwirkung gegen Schadpilze besitzen. Wie lange uns dieser Weg noch offen steht, ist nicht abzusehen.

Aktuell stehen uns zur Bekämpfung von Pilzkrankheiten nur noch ca. sieben Fungizide zur Verfügung, wobei drei Wirkstoffe in den genehmigten Fungiziden aus einer Wirkstoffgruppe mit einem hohen Resistenzrisiko stammen, und drei weitere Wirkstoffe aus anderen Wirkstoffgruppen ein mittleres Resistenzrisiko aufweisen. Daher verwundert es nicht, wenn man aus der Praxis hört, dass manchmal nur ein geringer oder überhaupt kein Erfolg erzielt wurde.

Außerdem stellt sich die Frage, wie lange uns überhaupt noch Fungizide zur nachhaltigen Bekämpfung von Schadpilzen im Rasen zur Verfügung stehen, denn bei drei Fungiziden ist das Zulassungsende schon auf dieses Jahr datiert, bei drei weiteren für 2019. Obwohl wir eine 18-monatige Abverkaufs- und Aufbrauchsfrist haben, ist nicht garantiert, ob so lange noch auslaufende Produkte im Handel sind. Eine Lagerhaltung ist risikobehaftet, denn wenn die Produkte nicht benötigt werden, müssen sie nach der Aufbrauchsfrist kostenpflichtig entsorgt werden.

Neue Genehmigungen sind aktuell nicht zu erwarten. Zumindest hat es den Anschein, dass die maßgeblichen Hersteller aufgrund des langwierigen Verfahrens und wegen der Kosten nicht gewillt sind, weitere Fungizide für die Nutzung auf Rasenflächen, also auf Flächen, die für die Allgemeinheit bestimmt sind, genehmigen zu lassen. Zahlreiche, Praxis erprobte Produkte würden zur Verfügung stehen, wenn man nur mal einen Blick auf andere Staaten wirft, die bei der Genehmigung nicht so restriktiv verfahren.

Somit benötigen wir dringend eine Alternative zu dem sich immer stärker reduzierenden Pool an Fungiziden und deren immer stärker schwindenden Wirksamkeit. Eine physikalische Maßnahme, die schon in anderen Bereichen sehr erfolgreich zur Abtötung und Abwehr von Mikroorganismen zum Einsatz kommt – die UV-C-Technik – könnte eventuell die bestehende und immer größer werdende Bekämpfungslücke gegenüber den Schadpilzen schließen.

Bisherige Einsatzgebiete der ­UV-C-Technik und Wirkungsweise

UV-C-Bestrahlung wird schon längere Zeit zur Desinfektion von Luft, Wasser und Oberflächen in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Aufbereitung von Trinkwasser: z.B. bei Brauereien, Getränkeherstellern sowie zur Trinkwasserentkeimung in Haushalten, Pensionen und Hotels, einschließlich der kommunalen Trinkwasseraufbereitung.
• Aufbereitung von Prozesswasser: Kühlwasserkreisläufe, Prozesswasserkreisläufe, Tiefbrunnen-Entnahme, Algenbekämpfung von Fischteichen.
• Aufbereitung von Abwasser – Abwasserentkeimung in Kläranlagen.
• Luft- und Raumentkeimung, z.B. in Krankenhäusern generell und insbesondere von Sterilräumen/Sterilbänken.
• Entkeimung von Packstoffen vor Befüllung (z.B. Joghurtbecher, sämtliche abfüllbaren Behältnisse in der Lebensmittelabpackung, und in der Medizinindustrie).
• Produktschleusen in der Medizintechnik und Lebensmittelindustrie.

Bei der UV-C-Bestrahlung werden die Nukelinsäuren (DNA und RNA) in den Mikroorganismen durch einen photochemischen Prozess geschädigt und somit die Mikroorganismen inaktiviert. Bei diesem photochemischen Prozess wird in den Nukleinsäuren eine „Dimer-Bildung“ der Thymin-Bausteine ausgelöst. Dies geschieht in Sekundenbruchteilen. Durch diese „Dimer-Bildung“ der Thymin-Bausteine ist die Transkription der Nukleinsäuren gestört. Auch eine identische Replikation der DNA, wie sie bei der Mitose abläuft, ist nicht mehr möglich. Diese Schädigung der Nukleinsäuren durch UV-C-Strahlung tritt sowohl bei Mikroorganismen als auch bei pflanzlichen und tierischen Zellen auf.

Die UV-C-Strahlung dringt in tierische und menschliche Hautzellen nur geringfügig ein (ca. <5% in die Hornhaut, <1% in die Oberhaupt), sodass bei kurzzeitiger Bestrahlung keine Gefahr droht. Erst bei längerer und intensiver Bestrahlung und bei Schädigung der oberen Hauptpartien durch Sonnenbrand kann Hautkrebs ausgelöst werden. Schon normale Brillengläser schützen die Augen nachhaltig gegenüber UV-C-Strahlung, denn die UV-C-Strahlung kann Brillenglas nicht durchdringen.

Bisheriger Einsatz von UV-C gegen Schadpilze

Inzwischen findet man in der Fachliteratur einige Befunde über die Anwendung von UV-C Strahlung zur Bekämpfung von Schadpilzen auf Pflanzen. So werden z.B. Früchte im Nachernteverfahren mit UV-C bestrahlt, um sie vor Fruchtfäulen zu bewahren (Citrusfrüchte, Mango, Gemüsepaprika, Weintrauben). Aber nicht nur Fruchtfäulen werden durch die UV-C-Bestrah- lung vermieden, sondern z.T. werden durch die UV- C-Bestrahlung das Erscheinungsbild der Früchte und die Transporteigenschaften verbessert (Mango).

UV-C-Bestrahlung kommt aktuell nicht nur im Nachernteverfahren zum Einsatz, sondern schon während der Kultur mancher pflanzlicher Produkte. Durch regelmäßige Bestrahlung sollen Pilzinfektionen vermieden werden. Dies funktioniert z.B. gegen Echten Mehltau bei Marihuana und Erdbeeren relativ gut, ebenso im Weinbau (Hochschule Geisenheim).

Phytotoxizität, wie sie von Clean­Light beschrieben wird, wurde auch bei Versuchen an jungen Weinblättern in Geisenheim beobachtet, obwohl dort nur mit einer normalen Dosis bestrahlt wurde. Der Erfolg gegenüber diversen Schadpilzen, insbesondere Botrytis an Weinreben, hielt sich bei diesen Freilandversuchen in Grenzen.

Auf welchen Effekten beruht die Wirksamkeit einer UV-C Bestrahlung?

Man unterscheidet bei der Wirksamkeit der UV-C-Bestrahlung zwei Prinzipien:

a) Die direkte Wirkung gegenüber dem zu bekämpfenden Organismus (z.B. Bakterium, Pilze etc.).

b)Indirekte Wirkung über die Kulturpflanze.

a) Direkte Wirkung

Bei der direkten Wirkung werden die Nukleinsäuren in den bestrahlten Zellen geschädigt. Dabei tritt die oben beschriebene „Dimer-Bildung“ auf, wodurch der betroffene Schaderreger weitgehend nachhaltig geschädigt wird. Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn das UV-C-Licht mit der entsprechenden Dosis auf den Schaderreger trifft und in seine Zellen eindringen kann. Wie die Tabelle 1 von CleanLight zeigt, sind vor allem Pilzsporen wegen ihrer kompakten Zellwand weniger empfindlich, und werden daher nur bedingt, wenn überhaupt, geschädigt. Bakterienzellen oder Pilz-Myzel mit ihrer dünneren Zellwand sind da schon empfindlicher. Aber auch hier ist die Wirksamkeit abhängig von der Strahlendosis. Außerdem werden nur die Schadorganismen durch das UV-C-Licht geschädigt, die direkt getroffen werden. Schadpilze, die sich z.B. auf der Blattunterseite befinden, werden nicht erfasst, wenn das Blatt nur von oben bestrahlt wird, da die UV-C-Strahlen das Pflanzengewebe nicht durchdringen können. Aus diesem Grund erprobt die Hochschule in Geisenheim eine Verwirbelungstechnik, bei der das Rebenblatt durch einen Luftstrom herumgewirbelt wird, damit die UV-C-Strahlung sowohl die Blattober- als auch die Blattunterseite trifft.

Die fest installierten oder auf Laufschienen beweglichen Beleuchtungseinheiten der Firma CleanLight bestrahlen die darunter stehenden Pflanzen nur auf der Blattoberseite. Somit können sämtliche Pilzsporen und das Pilzmyzel auf der Blattunterseite trotz intensiver UV-C-Bestrahlung zu einer Infektion führen.

Außerdem sollten folgende Besonderheit hinsichtlich der Infektion mit pilzlichen Schaderregern bei der Bestrahlung mit UV-C beachtet werden:

• Bei ektoparasitischen Schaderregern wird das Myzel auf der Blatt- oberfläche ausgebildet. Somit kann es durch eine UV-C-Bestrahlung geschädigt werden.
• Bei endoparasitischen Schaderregern befindet sich das Myzel im Pflanzengewebe. Eine direkte Wirkung der UV-C-Strahlung auf das Myzel ist somit ausgeschlossen. Daher müsste man bei einer ausschließlich direkten Wirkung gegenüber endoparasitischen Schaderregern die Wirtspflanzen ständig bestrahlen. Im Grunde genommen täglich, denn die meisten Pilz-Sporen keimen über Nacht. Das vom Keimschlauch ausgebildete Appressorium bildet sich kurz nach der Sporenkeimung, sodass die Infektion des Pflanzengewebes (Eindringen in die Pflanze) meist innerhalb von 24 Stunden erfolgt.

Das Austrian Institute of Technology – Dr. Gorfer – konnte die direkte Wirksamkeit einer mehrmaligen Bestrahlung von Grashalmen gegenüber Pilzen nachweisen. Nach der Bestrahlung wurden von den Grashalmen Abdrücke auf Agarplatten gemacht, und anschließend die Agarplatten inkubiert. In Abbildung 1 ist die Wirksamkeit durch die mehrmalige UV-C-Bestrahlung deutlich nachweisbar. Die Grashalme ohne Bestrahlung wiesen wesentlich mehr oberflächenbesiedelnde Pilze auf, als die Grashalme, die bis zu viermal bestrahlt wurden. Es konnte wohl eine Reduktion des Pilzpotenzials auf der Grashalmoberfläche nachgewiesen werden. Aber auch das viermalige Bestrahlen führte zu keiner nachhaltigen direkten Wirksamkeit.

b) Indirekte Wirkung

In der Literatur ist für die Wirksamkeit auch eine indirekte Wirkung beschrieben, bei der durch die UV-C-Bestrahlung eine UV-induzierte Expression von Pathogen-Abwehr-Genen ausgelöst werden kann. Solche Beobachtungen sind für Sojabohnen, Tabak, Tomaten und Arabidopsis in der Literatur beschrieben. Dabei werden Gene z.B. zur Produktion von Enzymen für die Flavonoid-Biosynthese, für die Bildung von Sauerstoff-Radikal-Detoxifier, von Chitinasen, von 3-Glucanasen, von PR-Proteinen sowie für Photolyasen genannt. Auch die Bildung von Jasmon- und Salicylsäure sowie von Ethylen, die für Abwehrmechanismen bekannt sind, wird in der Literatur beschrieben.

Speziell diese UV-C-aktivierte/-induzierte Resistenz wurde vor allem bei der Nacherntebehandlung von Früchten gegenüber Botrytis cineria, Colletotrichum gloeospioriodes, Monolinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium expansum und Rhizopus stolonifer erfolgreich eingesetzt, wenn die Bestrahlung mit UV-C ≥ 24 h vor der Sporen-Inokulation erfolgt.

Welche Effekte einer UV-C-Bestrahlung sind bisher bei Sportrasen bekannt?

Versuche hinsichtlich der Wirksamkeit einer UV-C-Bestrahlung mit einkeimblättrigen Pflanzen sind in der Literatur nicht zu finden. Somit liegen bisher auch keine Ergebnisse zum Sportrasen vor.

Da bisher keine Versuchsdaten für Rasen vorliegen, hat man zunächst die ersten Praxisversuche mit den gängigen Lampentypen vorgenommen. Die ersten Ergebnisse waren nicht sehr erfolgversprechend. Die Wirksamkeit ließ zu wünschen übrig. Auch ein tägliches Überfahren der Rasenfläche erbrachte nicht den gewünschten Erfolg. Bei dem verwendeten Lampentyp handelt es sich um UV-C-Lampen, die vor allem zur Desinfektion von Bakterien eingesetzt werden. Wie aus der Graphik von CleanLight zu entnehmen, sind Bakterien wesentlich empfindlicher als Pilze. Dies mag ein entscheidender Grund für die unzureichende Wirksamkeit dieses Lampentyps sein.

Wie es scheint, ist in dem Gerät der Firma SGL, das aktuell in fünf Bundesligastadien im Einsatz ist, der herkömmliche Lampentyp im Einsatz. 2017 konnte in zwei Stadien, in denen dieses Gerät regelmäßig zum Einsatz kam, ein Befall mit Grey Leaf Spot nicht verhindert werden.

Die Firma UVC TurfCare GmbH, die ebenfalls schon sehr früh mit den praktischen Versuchen begonnen hat, stellte zudem fest, dass die Wirksamkeit der Lampen sehr stark von ihrem Temperaturoptimum abhängt. Beim Anheben der Bestrahlungseinheiten während des Wendevorganges mit dem ursprünglichen Prototyp kam kühle Luft unter das Gehäuse und die UV-Lampen kühlten ab. Laut Herstellerangaben sollten die UV-Lampen in einem Temperaturbereich von 90-110 °C gehalten werden, damit sie die optimale Strahlungsintensität im UV-Bereich aufbringen. Wird auf der Rasenfläche gewendet, ohne dass die Bestrahlungseinheit angehoben wird, sind die Ergebnisse etwas vielversprechender, weil unter dem Gehäuse eine konstante Temperatur gehalten wurde. Es stellten sich dabei die ersten Erfolge ein, aber nur, wenn die Flächen fast täglich bestrahlt worden sind.

Die Abhängigkeit in der Wirksamkeit vom optimalen Temperaturfenster für die Lampen hat dazu geführt, dass sich die Firma UVC TurfCare GmbH nach Alternativen umgeschaut hat. Sie wurde in der Schweiz fündig. Dort wurde ein UV-C-Lampentyp entwickelt, der bei niederen Temperaturen eine optimale Strahlungsintensität erbringt (5-30 °C).

Mit den UV-C-Lampen aus der Schweiz wurden 2016 die ersten Praxis-Versuche durchgeführt. Da damals nur ein Prototyp zur Verfügung stand, wurde dieser auf verschiedenen Flächen eingesetzt, die je nach Intensität des Befalls ausgesucht worden sind. Dabei machte man auf einem Golfplatz eine äußerst interessante Beobachtung, die für die weitere Anwendung dieser Technologie von ausschlaggebender Bedeutung sein könnte. 2016 wurden auf diesem Golfplatz zu Saisonbeginn drei Grüns mehrfach ab Mitte März bis Mitte April mit den neuen Lampen bestrahlt. Nachdem der Prototyp Mitte April auf eine andere Fläche gebracht wurde, fand auf diesen drei Grüns 2016 keine weitere Bestrahlung mehr statt. Obwohl auf den übrigen 15 Grüns im Sommer und Herbst sowie zu Winterbeginn ein mehr oder weniger intensiver Befall mit Schadpilzen vorhanden war, blieben die drei bestrahlten Grüns weitgehend intakt und ohne Schadsymptome. Sogar von den spät in der Saison auftretenden ersten Schneeschimmelsymptomen blieben die drei im Frühjahr bestrahlten Grüns verschont. Dies lässt den Schluss zu, dass im Frühjahr durch die Bestrahlung sehr wahrscheinlich eine induzierte Resistenz ausgelöst worden ist, wie sie schon in der wissenschaftlichen Fachliteratur beschrieben ist, die die gesamte Saison über bis zum Beginn der Wintersaison angehalten hat. Wenn sich dies in weiteren Versuchen bestätigen würde, müsste man die Rasenflächen nicht ständig überfahren, sondern könnte gezielt die Bestrahlung zur Induktion der Resistenz einsetzen.

In einem weiteren Stadion wurden die Rasenflächen ab Herbst 2017 regelmäßig bestrahlt (bis zu viermal die Woche). Dabei konnte eine deutliche Reduktion des Befalls an den Blättern festgestellt werden.