Ein Vorschlag zur methodischen Vorgehensweise und Datenauswertung bei Belagsmessungen zur Untersuchung der Applikationsqualität bei der Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln

A proposal on methodology and data evaluation in the investigation of pesticide spray application

Eine Pflanzenschutzmittelapplikation wird als eine Abfolge von überlappenden Zufallsprozessen verstanden (Koch, 1992). Die von den sich vorwärts bewegenden Zerstäubern erzeugten Tropfen werden auf unterschiedlichen Bahnen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Richtung Bestand transportiert, dessen morphologische Struktur pflanzen- und entwicklungsstadientypisch ist. Die Anordnung der Zielobjekte (z.B. Blätter) ist primär nicht darauf ausgelegt, möglichst viel Spritztropfen aufzufangen, sondern folgt anderen artspezifischen Wuchsregeln. Belagsmessungen an Fahnenblättern in Weizen zeigten, dass selbst hier enorme Unterschiede in der Belagshöhe auftreten, weil die indi­viduelle Ausrichtung aus Sicht der Düse variiert (Koch und Spieles, 1992) und sich zusätzlich ständig verändert.

Der Pflanzenbestand erlebt die Spritzapplikation und das Auftreffen von Tröpfchen passiv. Zusätzlich wird der Retentionsprozess in hohem Maße von den Eigenschaften der Spritzflüssigkeit und der Pflanzenoberfläche beeinflusst (Koch, 2007; Koch und Strub, 2007). Hier wird die Bedeutung des Pflanzenschutzmittels bzw. der ausgebrachten Mischung in einem bestimmten Pflanzenbestand deutlich. In den angesprochenen Untersuchungen wurde auch gezeigt, dass sich verschiedene Organe von Pflanzen stark unterschiedlich verhalten. D.h., auf der Blattunterseite verläuft die Belagsbildung anders als auf der Blattoberseite oder auf Früchten. Unterschiede können auch durch das verschiedene Alter der Blätter selbst induziert werden. Deshalb sind künstliche Kollektoren zur Belagsbewertung nicht geeignet, insbesondere dann nicht, wenn Belagsmessungen mit dem Ziel der Bewertung der biologischen Wirksamkeit von Pflanzenschutzmitteln gegen einen bestimmten Schadorganismus durchgeführt werden.

Das Ergebnis der Applikation ist schließlich die Belagsmassenverteilung auf den Organen des Bestandes. Werden die Belagsmassen auf einzelnen Zielobjekten ermittelt und oberflächenbezogen ausgedrückt (µg/cm²), so lässt sich anschließend sowohl eine Häufigkeitsverteilung als auch eine räumliche Verteilung darstellen, wenn die Entnahmepositionen dokumentiert wurden und somit eine geometrische Zuordnung der Belagswerte erlauben. Einen etwas anderen Ansatz beschreibt die Norm ISO/22522 (ISO, 2007), deren Ausrichtung eher auf vergleichende Untersuchungen von Pflanzenschutzgeräten ausgerichtet ist.

Als Stichprobeneinheit werden verschiedentlich einfach zu untersuchende Pflanzenteile verwendet und an Hand der angelagerten Stoffmenge auf Vor- oder Nachteile einer Behandlungsvariante geschlossen. Oft korrespondiert aber das so gewonnene Ergebnis nicht mit der biologischen Wirkung, selbst wenn die Aufwandmenge drastisch abgesenkt wurde, um eine Differenzierung der technischen Einflussgrößen zu provozieren. Die Ursache hierfür könnte sein, dass nicht die relevanten Pflanzenteile beprobt wurden, an denen die Krankheit auch tatsächlich beginnt bzw. später diagnostiziert wird. So kann z.B. nur sehr bedingt von Belagswerten auf Rebblättern auf die Botrytis-Wirkung an Trauben geschlossen werden. Gleiches gilt auch für Erdbeeren, wenn Beläge auf künstlichen Kollektoren gemessen werden (Knott und Glagau, 1989) und Rückschlüsse auf die Wirksamkeit von Pflanzenschutzmaßnahmen gezogen werden.

An Weinreben infizieren die wichtigsten Blattkrankheiten nach allgemeinem, phytopathologischem Verständnis auf der Blattunterseite, so dass hier die Stoffmenge auf dem ganzen Blatt (Blattober- und -unterseite) keine treffende Aussage liefern kann, erst recht nicht, wenn aus Zeitgründen mehrere Blätter zusammengefasst und als Sammelprobe gemessen werden (Siegfried et al., 2000; Viret et al., 2003; Balsari et al., 2001). Wenn die Blatt­unterseite als phythopathologisch wichtigster Zielort angenommen wird, so kann nur die Belagsmasse auf diesem Pflanzenteil zum Krankheitsbefall in Bezug gesetzt werden.

Ebenso ist es wenig sinnvoll, von Anlagerungsversuchen in Weizen zur Blütezeit auf das Anlagerungsverhalten bei stehenden Getreideblättern im Frühstadium oder gar auf Unkräutern zu schließen. Anders ausgerichtete Zielflächen oder Zielflächen mit anderer Oberflächen­beschaffenheit können total unterschiedliche Ergebnisse liefern. Während im einen Fall grobe Tropfen zu höheren Belägen führen können, weil weniger Verluste auftreten, können im anderen Fall kleinere Tropfen die angelagerte Stoffmenge erhöhen, weil große Tropfen nicht haften bleiben und abrollen. Dieser Effekt konnte beim Vergleich des Prozesses der Belagsbildung von Rapsfungiziden durch Videoaufnahmen visualisiert und durch Belagsmessungen belegt werden (Koch, 2007).

Bei Untersuchungen in Raumkulturen muss das Stichprobenverfahren, d.h. die Probenahme so gestaltet sein, dass die Auswertung die Darstellung eines vertikalen Verteilungsprofils erlaubt (Koch und Knewitz, 2006, 2008; ISO, 2007). Weil die Laubwand bei der heutigen Ausbringungstechnik eher horizontal angeströmt wird, geht es darum das vertikale Verteilungsprofil darzustellen, das sich letztlich aus den überlagernden Spritzbändern der einzelnen Düsen zusammensetzt und damit aus Sicht der phytopathologischen Relevanz optimiert werden kann.

Für jeden Versuchsansteller gilt es daher vor Versuchsbeginn, die für das Bekämpfungsziel biologisch relevante Einheit als Stichprobeneinheit festzulegen. Zielobjekt in diesem Sinne kann z.B. ein Blatt sein, eine Ähre, oder auch ein Segment einer Blattunterseite oder Blattober­seite. Der Stichprobenumfang sollte groß genug sein, um bei der zu erwarteten Variabilität noch aussagekräftige Daten zu erhalten.

Grundsätzlich sollten die Einheiten einzeln gemessen werden und nicht als Sammelprobe. Einzelwerte erlauben die Beschreibung der Variabilität der Belagsmassen und insbesondere eine Abschätzung, welcher Anteil an Zielobjekten nur schwach belegt ist. Diese Betrachtung ist relevant für die biologische Wirksamkeit, jedenfalls mehr als der Mittelwert (Koch et al., 2007; Knewitz et al., 2008; Xu et al., 2006).

Abb. 1. Darstellung der einzelnen Belagswerte von Blattunterseiten (n = 60) auf der geräteabgewandten und der gerätezugewandten Laubwandseite einer einseitig behandelten Rebzeile, ausgedrückt in % vom laubwand­bezogenen Nominalaufwand. Die 5%-Linie markiert den angenommenen Schwellenwert und zeigt die unterschiedlichen Anteile schwach belegter Blattunterseiten nach einseitiger Applikation.

Folglich ist bei solch großer Variabilität die mittlere Belagsmasse nicht sehr aussagekräftig, um den Behandlungserfolg zu beurteilen. Entscheidend für den Krankheitsverlauf ist dann nicht die mittlere Belagsmasse, sondern der Anteil Zielobjekte mit geringen Belagsmassen. Auf Blättern mit geringen Wirkstoffmengen wird ein Schaderreger wahrscheinlich eher infizieren können als bei höheren Wirkstoffdepots. Dieser Schluss ist sicherlich zulässig, wenngleich der absolute Wert der für die biologische Wirksamkeit erforderlichen Wirkstoffmenge i.d.R. nicht bekannt ist. Wir plädieren deshalb dafür, bei Untersuchungen und Systemvergleichen an Stelle der mittleren Belagsmasse den Anteil von Zielobjekten mit einer Belagsmasse von weniger als x% vom behandlungsflächenbezogenen Nominalaufwand zu verwenden. Je nach Zielobjekt muss man dann entscheiden, ob hier z.B. als Grenze 3%, 5% oder ein anderer Wert zweckmäßig ist.

Abb. 1 zeigt beispielhaft die einzelnen Belagswerte auf der Blattunterseite aus zwei Belagsmessungen nach Applikation einer Rebzeile von einer Seite. Die Belagswerte sind in Relation gesetzt zum behandlungsflächenbezogenen, d.h., dem laubwandbezogenen Nominalaufwand, der als kg/10 000 m² Laubwandfläche angegeben wird (Koch, 2007; Friessleben et al., 2007). Je Laubwandseite wurden 60 Blätter entnommen. Es wird deutlich, dass auf der geräteabgewandten Seite der mittlere Belag bei 8,8% liegt, während auf der gerätezugewandten Laubwandseite 9,8% errechnet wurden. Bei Betrachtung der Einzelwerte zeigt sich allerdings, dass auf der geräteabgewandten Seite 53% der Blattunterseiten weniger als 5% des Nominalaufwands aufwiesen, während dieser Anteil auf der gerätezugewandten Seite 72% betrug. Trotz größeren Mittelwertes zeigt die Stichprobe auf der gefahrenen Laubwandseite den größeren Anteil eher schwach belegter Blattunterseiten. An der direkt angespritzten Laubwandseite ergab sich eine sehr große Variabilität der Belagswerte mit einem Variationskoeffizienten von 204%, d.h., einzelne sehr hohe Werte bestimmen maßgeblich den Mittelwert (9,8%). Die hohen Werte tragen andererseits nicht zur biologischen Wirksamkeit bei. Diese wird eher bestimmt durch den großen Anteil schwach belegter Blattunterseiten. Die „besser“ belegten Blattunterseiten auf der abgewandten Laubwandseite erklären sich dadurch, dass die Tropfen beim Auftreffen der Spritzstrahlen auf die Laubwand primär auf Blatt­oberseiten treffen. In die Laubwand eingedrungene Tropfen treffen dann auf der gegenüberliegenden Laubwandseite eher auf Blattunterseiten. Auch hieraus wird deutlich, dass die Messung ganzer Blätter oder gar zusammengefasster Sammelproben kaum aussagekräftige Ergebnisse liefern kann.

Abb. 2 zeigt Beispiele für zwei Vertikalverteilungen mit einem Sprühgerät und unterschiedlicher Düsenbestückung in einer Rebanlage. Dargestellt sind die einzelnen Werte, die den Höhenpositionen über dem Boden zugeordnet sind, sowie der gleitende Mittelwert. Profil 1 (rot) wurde mit 4 identischen Düsen des Typs AVI 80 015 erreicht. Bei Profil 2 (blau) wurden die unteren beiden Düsenpositionen mit Düsen des Typs AVI 80 025 bestückt, d.h., hier wurde in der Traubenzone eine höhere Ausbringmenge beabsichtigt. Der Gebläseluftstrom des Sprühgerätes dominiert das Profil und verfrachtet die Tropfen nach oben, so dass sich die deutlich größeren Düsen (blaue Variante) nicht auf die Belagsmasse in der Traubenzone auswirken.

Abb. 2. Zwei Beispiele für Vertikalverteilungen in der Laubwand einer Rebanlage, Düsenbestückung rot: 4-mal AVI 80 015. Blau: untere Düsen 2-mal AVI 80 025, obere Düsen 2-mal AVI 80 015. Belagsmassen auf Blattunterseiten in % vom laubwandbezogenen Nominalaufwand (n = 120).

Mit diesem Beitrag soll auch eine Diskussion initiiert werden darüber, welcher Schwellenwert im Einzelfall angenommen werden sollte. Als Bezugsgröße zur Normierung und damit Vergleichsmöglichkeit wird der behandlungsflächenbezogene Nominalaufwand vorgeschlagen. Behandlungsfläche ist dabei die von den geöffneten Düsen tatsächlich übersprühte Fläche, die bei Flächenbehandlung der Grundfläche entspricht und in Raumkulturen der Laubwandfläche. Gemessene Belagsmassen (µg) je cm² Pflanzenoberfläche lassen sich so in Relation zur ausgebrachten Stoffmenge (µg) je cm² Behandlungs­fläche setzen. (1 kg/10 000 m² = 10 µg/cm²).