Afs 06 2012 d by Nicole Boschung

Agrar forschung schweiz 2 0 1 2

H e f t

Agroscope | BLW | HAFL | AGRIDEA | ETH Zürich

J u n i

Agrarwirtschaft

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen?

Pflanzenbau

Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa?

Seite 292

Nutztiere

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011

Seite 314

Seite 284

Im Rahmen des Reformprozesses der Direktzahlungen sind sich Umweltkreise, Wirtschaftsverbände und bäuerliche Organisationen uneinig über die Zukunft der Tierbeiträge. Der Artikel «Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen?» präsentiert Resultate aus Modellrechnungen zu diesem Thema. ( Foto: BLW) Impressum Agrarforschung Schweiz / Recherche Agronomique Suisse ist die Zeitschrift der landwirtschaftlichen Forschung von Agroscope und ihren Partnern. Die Zeitschrift erscheint auf Deutsch und Französisch. Sie richtet sich an Fachpersonen aus Forschung, Industrie, Lehre, Beratung und Politik, an kantonale und eidgenössische Ämter und weitere Fachinteressierte. Herausgeberin Agroscope Partner b Agroscope (Forschungsanstalten Agroscope Changins-Wädenswil ACW; Agroscope Liebefeld-Posieux und Schweizerisches Nationalgestüt ALP-Haras; Agroscope Reckenholz-Tänikon ART), www.agroscope.ch b Bundesamt für Landwirtschaft BLW, Bern, www.blw.ch b Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL, Zollikofen, www.hafl.ch b Beratungszentrale AGRIDEA, Lindau und Lausanne, www.agridea.ch b Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich, Departement für Umweltsystemwissenschaften, www.usys.ethz.ch Redaktion Andrea Leuenberger-Minger, Agrarforschung Schweiz / Recherche Agronomique Suisse, Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP Postfach 64, 1725 Posieux, Tel. +41 26 407 72 21 Fax +41 26 407 73 00, E-Mail: info@agrarforschungschweiz.ch Judith Auer, Agrarforschung Schweiz / Recherche Agronomique Suisse, Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil ACW Postfach 1012, 1260 Nyon 1, E-Mail: info@agrarforschungschweiz.ch Redaktionsteam Vorsitz: Jean-Philippe Mayor (Direktor ACW), Sibylle Willi (ACW), Evelyne Fasnacht (ALP-Haras), Etel Keller-Doroszlai (ART), Karin Bovigny-Ackermann (BLW), Beat Huber-Eicher (HAFL), Philippe Droz (AGRIDEA), Brigitte Dorn (ETH Zürich). Abonnement Preise Zeitschrift: CHF 61.–* (Ausland + CHF 20.– Portokosten), inkl. MWSt. und Versandkosten, Online: CHF 61.–* * reduzierter Tarif siehe: www.agrarforschungschweiz.ch Adresse Nicole Boschung, Agrarforschung Schweiz / Recherche Agronomique Suisse, Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP Postfach 64, 1725 Posieux, Tel. +41 26 407 72 21 Fax +41 26 407 73 00, E-Mail: info@agrarforschungschweiz.ch Adressänderungen E-Mail: verkauf.zivil@bbl.admin.ch, Fax +41 31 325 50 58 Internet www.agrarforschungschweiz.ch www.rechercheagronomiquesuisse.ch ISSN infos ISSN 1663-7852 (Print) ISSN 1663-7909 (Internet) Schlüsseltitel: Agrarforschung Schweiz Abgekürzter Schlüsseltitel: Agrarforsch. Schweiz © Copyright Agroscope. Nachdruck von Artikeln gestattet, bei Quellenangabe und Zustellung eines Belegexemplars an die Redaktion. Erfasst in: Web of Science, CAB Abstracts, AGRIS

Inhalt Juni 2012 | Heft 6 283 Editorial Agrarwirtschaft Welche Auswirkung hat die Umlagerung 284

der tierbezogenen Direktzahlungen? Stefan Mann et al. Pflanzenbau Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur 292

Integrierten Produktion in Europa? Michael Meissle, Jörg Romeis und Franz Bigler Pflanzenbau Die Resistenz transgener Weizenlinien 298

gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch Fabio Mascher et al. Pflanzenbau Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in landwirt306

schaftlichem Grasland kontrollieren? Matthias Suter, Cornel J. Stutz, Rafael Gago und Andreas Lüscher Nutztiere Wirkung eines Konservierungsmittels 314

bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 Ueli Wyss Nutztiere Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf 322

die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle Sabrina Staerfl et al. 330 Porträt 331 Aktuell 335 Veranstaltungen Sortenlisten Liste der empfohlenen Getreidesorten Beilage

für die Ernte 2013 Jürg Hiltbrunner et al.

Editorial

Transgener Weizen: ein Upgrade des Betriebssystems der Pflanze? Liebe Leserin, lieber Leser

Fabio Mascher, Agroscope Changins-Wädenswil ACW

In dieser Ausgabe der Agrarforschung Schweiz stellen wir Ihnen einige Ergebnisse aus unseren Feldversuchen mit transgenem Weizen in Pully vor. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Einfügen eines zusätzlichen Resistenzgens (in diesem Falle das Gen Pm3b) die Resistenz gegen den Echten Mehltau verstärken kann. Ausserdem, und das ist eine Überraschung, verbessert das Gen die Resistenz gegen eine ganz andere Krankheit: den Gelbrost. Haben wir somit die Globallösung der ewigen Krankheitsresistenz der Pflanzen entdeckt? Nein, das ist sicher nicht der Fall. Manche Pflanzen zeigen eine unerwartete und ungünstige Reaktion gegenüber Ähreninfektionen und eine Linie zeigt starke Ertragseinbussen (dies wird in einer späteren Veröffentlichung näher vorgestellt). Unsere Kollegen von der Universität Zürich haben ausserdem eine Verringerung der Fruchtbarkeit sowie Gelbverfärbungen auf den Blättern festgestellt. Bakterien, Pilze und Insekten, die mit den Pflanzen leben, werden jedoch offensichtlich nicht beeinträchtigt. Die Gentechnik öffnet interessante Perspektiven für die Pflanzenzüchtung. Die neu zur Verfügung stehenden Merkmale müssen sorgfältig auf Umwelt- und Gesundheitsrisiken sowie für ihren tatsächlichen Nutzen in der Landwirtschaft geprüft werden. Die Züchtung von Pflanzen beschränkt sich nicht auf ein oder zwei Merkmale sondern betrachtet die Pflanze als Ganzes. Vom Züchterstandpunkt aus kann die Gentechnik einen Beitrag zur Vielfalt im Zuchtgarten leisten, sie ersetzt die Züchtung jedoch nicht. Gentechnik ist also nicht die Installation eines neuen Programms sondern ein Eingriff mit starken Auswirkungen auf die Physiologie der Pflanze. Das Nationale Forschungsprogramm NFP59 hat uns die Möglichkeit gegeben, den Nutzen und die Risiken transgener Pflanzen zu untersuchen. Wir möchten dem schweizerischen Nationalfond, der Direktion von Agroscope, der Gemeinde Pully, den Kantons- und Bundesämtern und unseren Kollegen am Forschungszentrum in Pully für die Unterstützung bei der Durchführung und beim Schutz der Versuche herzlich danken. Die freundliche Aufnahme durch die Anwohner in Pully möchten wir hier ebenfalls dankend erwähnen.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 283, 2012

283

A g r a r w i r t s c h a f t

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen? Stefan Mann1, Albert Zimmermann1, Anke Möhring1, Ali Ferjani1, Gabriele Mack1 und Simon Lanz2 1 Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, 8046 Zürich 2 Bundesamt für Landwirtschaft BLW, 3003 Bern Auskünfte: Stefan Mann, E-Mail: stefan.mann@art.admin.ch, Tel. +41 52 368 32 38

Die Zukunft der RGVE-Beiträge ist umstritten. (Foto: BLW)

Einleitung Pro und Contra Tierbeiträge Während Umweltkreise und Wirtschaftsverbände die Streichung der heutigen Tierbeiträge fordern, äussern sich bäuerliche Organisationen zur vorgesehenen Umlagerung der Tierbeiträge kritisch. So schreibt der Schweizerische Bauernverband (SBV 2011): «Die Streichung der RGVE1- und TEP2-Beiträge würde zu einer Minderung der Professionalität im Bereich der Milch- und Rindfleischproduktion und zu einem Verlust der wirtschaftlichen Attraktivität dieser Produktionsbranchen in allen Regio-

284

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

nen führen. Schliesslich würden all diese Sektoren, für welche die Schweiz über komparative Kostenvorteile verfügt, an Wettbewerbsfähigkeit einbüssen. Angesichts einer immer grösseren Marktöffnung fordert der SBV, dass die Tierbeiträge beibehalten werden.» Standpunkt des Bundesrats Mit der geplanten Umlagerung der Tierbeiträge zu den Versorgungssicherheitsbeiträgen bezweckt der Bundesrat gemäss Botschaft zur AP 14−17, die GrünlandnutRGVE: Raufutter verzehrende Grossvieheinheit. TEP: Tierhaltung unter erschwerten Produktionsbedingungen.

Tab. 1 | Modellannahmen zur Entwicklung der Direktzahlungen bis 2020 Basis 2005/07

Szenario Szenario A B 2013 2020 2020

Allgemeine Direktzahlungen Flächenbeitrag

Fr./ha

1164

1020

RGVE-Beitrag Milchkühe

Fr./GVE

450

RGVE-Beitrag Rindvieh

Fr./GVE

900

690

TEP-Beitrag Hügelzone

Fr./GVE

260

300

TEP-Beitrag Bergzone 4

Fr./GVE

1190

1230

Anbaubeitrag Ölsaaten

Fr./ha

1500

1000

800

Fr./ha

100

Kulturlandschaftsbeiträge Zonenbeitrag Hügelzone Zonenbeitrag Bergzone 4

Fr./ha

410

Hangbeitrag

Fr./ha

370

410

Sömmerungsbeitrag Kühe

Fr./Stoss

300

320

400

Alpungsbeitrag Heimbetriebe

Fr./Stoss

370

Basisbeitrag Acker- und Grünland

Fr./ha

900

Basisbeitrag Ext./Wenig int. Wiesen

Fr./ha

450

Erschwernisbeitrag Hügelzone

Fr./ha

240

Erschwernisbeitrag Bergzone 4

Fr./ha

360

Ackerförderbeitrag

Fr./ha

300

1200

Fr./ha

200

Zusammenfassung

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen? | Agrarwirtschaft

Es besteht politisch ein breiter Konsens, dass die klarere Ausrichtung des Direktzahlungssystems auf die agrarpolitischen Ziele ein sinnvoller Aspekt des laufenden Reformprozesses ist. Strittig ist jedoch, ob die bislang tierbezogenen Beiträge, wie in der Botschaft zur Agrarpolitik 2014−2017 (AP 14−17, Bundesrat 2012) vorgeschlagen, auf die Fläche umgelegt und in sogenannte Versorgungssicherheitsbeiträge umgelagert werden sollten. Die Modellrechnungen mit SILAS und SWISSland zeigen, dass eine solche Umlagerung nicht nur die natürlichen Ressourcen schont, sondern damit auch das mittlere landwirtschaftliche Einkommen um vier Prozent steigt.

Versorgungssicherheitsbeiträge

Produktionssystembeiträge Bio-Beitrag Grünland Bio-Beitrag Ackerkulturen

Fr./ha

800

950

1200

Extensogetreide

Fr./ha

400

BTS-Beitrag Rindvieh

Fr./GVE

RAUS-Beitrag Rindvieh

Fr./GVE

180

200

Extensive Wiesen Ackerbauzone

Fr./ha

1500

1700

1500

Extensive Wiesen Bergzone 4

Fr./ha

450

650

450

Wenig intensive Wiesen

Fr./ha

650

300

500

300

Biodiversitätsbeiträge

Preisentwicklungen1,2 Milch

100%

88%

87%

-1,2%

Rinderfleisch

100%

96%

100%

-4,1%

Schweinefleisch

100%

95%

105%

-1,7%

Weizen

100%

97%

96%

+0,7%

Kartoffeln

100%

99%

97%

+1,3%

Mittlere Produktpreisentwicklung

100%

95%

98%

-1,1%

Energieträger

100%

121%

139%

0,0%

Futtermittel

100%

88%

0,0%

Investitionen Gebäude

100%

110%

119%

0,0%

Mittlere Kostenentwicklung

100%

104%

112%

0,0%

Produktpreisentwicklung modellendogen geschätzt Szenario B: Abweichung von Szenario A in %

1 2

zung mit Raufutterverzehrern mit gleich viel finanziellen Mitteln wie bisher zu fördern, ohne aber unerwünschte Intensivierungsanreize zu verursachen. Der Bundesrat geht davon aus, dass mit der Umlagerung der Tierbeiträge die Preise für tierische Produkte nicht mehr künstlich tief gehalten werden. Ein weiterer problematischer Punkt der Tierbeiträge ist der Anreiz , trotz eines ungünstigen Erlös-Kosten-Verhältnisses wegen der Tierbeiträge möglichst viele Tiere zu halten. Insgesamt sollte damit gemäss Bundesrat das Einkommen der Landwirtschaft ohne Tierbeiträge höher zu liegen kommen als mit den Tierbeiträgen. Gleichzeitig soll die Umlagerung der Tierbeiträge eine Reduktion der negativen Effekte durch eine nicht an den Standort angepasste Tierhaltung beziehungsweise durch übermässige Futtermittelimporte auf die Umwelt bewirken (z. B. Ammoniakemissionen oder Eutrophierung der sensiblen Ökosysteme). Während Zimmermann et al. (2012) prognostiziert haben, dass das neue System insgesamt höhere sektorale und einzelbetriebliche Einkommen bewirkt, ist offen, ob nicht eine Anpassung des Systems im geplanten Rahmen jedoch unter Beibehaltung der RGVE-Beiträge zu noch besseren Ergebnissen führen würde. Ziel dieses Artikels ist es deshalb, die vom Bundesrat postulierten positiven Wirkungen der Ablösung der Tierbeiträge durch die Versorgungssicherheitsbeiträge zu überprüfen. Hierfür werden gezielte Modellrechnungen durchgeführt. Das Modell und die Szenarien werden dabei im folgenden Abschnitt dargestellt. Danach folgt eine Präsentation der wichtigsten Modellergebnisse, die anschliessend inter pretiert werden.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

285

Agrarwirtschaft | Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen?

Milchkühe

Mutterkühe

1000 GVE 39

2005/07 1287 690 GVE +11,4 % 42 40

Aufzucht

189

202

189

204

104 81

800

165 81

164 82

163 83

162 84

162 81

161 82

600

-0,0% +0,2% -0,1% +0,0% +0,1%

193

189

192

191

190

+3,8% +5,6% +3,8% +3,8% +3,5% +4,6% +5,3% +5,6% +2,2% +5,1% +6,8% +7,0% +7,0% +7,1%

155

153

151

150

148

+1,2% +2,5% +2,3% +2,0% +1,8% +1,4% +1,2%

+4,3% +6,3% +4,4% +4,5% +4,1% +3,6% +3,4%

+1,2% +2,5% +2,3% +2,0% +1,8% +1,4% +1,2%

197

162

Geflügel

190 1000

Schweine Szenario B (2020) 1172 770 GVE +1,5 %

40 40

196

Sonstige RGVE

Szenario A (2020) 1155 635 GVE 100 %

1200 200

Rindermast

200

39 -0,0% +0,4%

-0,0% -0,0%

+0,4% -0,7% +1,3% -1,4% -1,3%

618

616

625

618

616

611

588

581

575

572

569

565

561

2005/07

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

400

200

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

Abb. 1 | Modellergebnisse SILAS: Entwicklung der Tierbestände bis 2020 (Säulen: in 1000 GVE; Prozentzahlen: bezogen auf Szenario A).

Methode Verwendete Modelle Um die Berechnungen mit den bisherigen Arbeiten (Zimmermann et al. 2012) vergleichbar zu machen, wurde wiederum mit den beiden Angebotsmodellen der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, SILAS und SWISSland, gerechnet. SILAS ist ein Regionshofmodell, das bereits seit 15 Jahren zur Ex-ante-Evaluation genutzt wird. Für eine ausführliche Darstellung sei auf Mack und Flury (2006) verwiesen. Mit Hilfe dieses Modells auf der Angebotsseite und des ART-Marktmodells auf der Nachfrageseite (Ferjani 2008) wird neben den Produktionsmengen auch die Entwicklung der Produktpreise in den unterschiedlichen Szenarien prognostiziert. Das agentenbasierte Modell SWISSland wurde erst vor kurzem fertiggestellt und erlaubt zusätzlich zu den sektoralen Aussagen auch Schlussfolgerungen zu den einzelbetrieblichen Einkommen und zum Strukturwandel (Möhring et al. 2011).

286

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

Szenarien Um die Auswirkungen tierbezogener Direktzahlungen zu identifizieren, werden mit den beiden Modellen je zwei unterschiedliche Szenarien untersucht (Tab. 1). Szenario A entspricht dabei dem Vorschlag, wie er vom Bundesrat (2011) dem Parlament unterbreitet wurde, und damit dem von Zimmermann et al. (2012) untersuchten Szenario. Demgegenüber stellt Szenario B eine Situation dar, in der die heutigen tierbezogenen Beiträge unverändert weitergeführt werden. Entsprechend wird angenommen, dass kein Versorgungssicherheitsbasisbeitrag und kein Erschwernisbeitrag, dafür aber ein höherer Ackerförderbeitrag ausgerichtet wird. Die Stützung der offenen Ackerflächen in der Höhe von CHF 1200.−/ha entspricht damit in der Summe dem Vorschlag des Bundesrats (CHF 900.−/ha Basisbeitrag plus CHF 300.−/ha Ackerförderbeitrag). Die Beiträge für extensive und wenig intensive Wiesen werden auf dem heutigen Niveau belassen, da die Streichung der tierbezogenen Beiträge ein Grund für die Anhebung war.

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen? | Agrarwirtschaft

Tab. 2 | Einzelbetriebliche Ergebnisse für das Jahr 2020 für ausgewählte Kennziffern Alle Betriebe Szenario

Milchviehbetriebe

Mutterkuhbetriebe

Absolutwerte

Abweichung von A in %

Absolutwerte

Abweichung von A in %

Absolutwerte

Abweichung von A in %

0,84

+1%

1,44

+1%

1,39

+2%

RGVE-Besatz je Betrieb (RGVE/ha LN) Talregion Hügelregion

1,12

+6%

1,28

+6%

1,00

+10%

Bergregion

0,96

+8%

1,00

+7%

0,80

+13%

Extensive und wenig int. Wiesen (ha/Betrieb) Talregion

1,64

-8%

1,35

-11%

1,71

-3%

Hügelregion

2,19

-12%

1,83

-20%

3,35

-9%

Bergregion

3,76

-6%

3,26

-7%

4,77

-10%

Talregion

243 780

-0%

174 679

-3%

137 263

+1%

Hügelregion

172 131

-0%

146 255

+0%

127 922

-0%

Bergregion

135 164

+1%

130 663

+1%

125 006

+1%

Talregion

324 548

-1%

250 446

-4%

164 672

-0%

Hügelregion

236 399

-1%

211 722

-2%

150 885

-2%

Bergregion

194 097

-1%

189 294

-0%

182 311

-2%

Fremdkosten (Fr./Betrieb)

Marktleistung+DZ (Fr./Betrieb)

Landwirt. Einkommen (Fr./Betrieb) Talregion

80 768

-3%

75 766

-6%

27 409

-8%

Hügelregion

64 269

-5%

65 467

-5%

22 963

-8%

Bergregion

58 934

-5%

58 631

-4%

57 306

-10%

Talregion

48 538

-4%

43 542

-7%

14 700

-16%

Hügelregion

35 846

-7%

37 736

-7%

20 839

-13%

Bergregion

30 580

-7%

31 829

-7%

33 639

-13%

1,37%

+1%

1,71%

+14%

1,72%

-6%

Arbeitsverdienst (Fr./Betrieb)

Betriebsaufgabe (% Betriebe je Jahr) Alle Regionen

Die beiden Szenarien werden bis 2020 gerechnet und anschliessend werden die Auswirkungen auf die wichtigsten agrarpolitischen Parameter in den Bereichen Produktion, Ökologie und Einkommen analysiert.

Resultate Geringere Intensivierungsanreize Die Tierbestände gehen infolge von Leistungssteigerungen bis 2020 in beiden Szenarien zurück (Abb. 1), wobei der Rückgang im den Szenario B weniger ausgeprägt ist als in Szenario A. Die gegenüber Szenario A höheren RGVE-Bestände im Szenario B sind mit

einem höheren Milch- und Rindfleischangebot und entsprechend tieferen Preisen verbunden (Tab. 1). Die intensivierende Wirkung der Tierbeiträge ist nicht nur mit SILAS sektoral nachweisbar, sondern auch einzelbetrieblich bei der Analyse mit SWISSland (Tab. 2). In Szenario B ist der RGVE-Besatz vor allem in Hügelund Bergbetrieben deutlich höher als in Szenario A, wobei dieser Effekt bei den Mutterkuhbetrieben stärker ist als bei den Milchviehbetrieben. Der mit einer Umlagerung der RGVE- und TEP-Beiträge, gewünschte Effekt einer Minderung der Intensivierungseinflüsse kann somit auch mit dem Modell SWISSland bestätigt  werden.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

287

Agrarwirtschaft | Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen?

Tab. 3 | Sektorale Ergebnisse für das Jahr 2020 für ausgewählte Kennziffern

Szenario

A B Absolut- Abweichung werte von A in %

GVE-Bestand (1000 GVE)

1155

Talregion

559

-0,7%

Hügelregion

343

+3,1%

Bergregion

254

+4,2%

Offene Ackerfläche ohne Futterfläche (1000 ha)

241

+0,1%

Talregion

206

+0,5%

Hügelregion

-2,1%

Bergregion

1.5

+2,3%

Milchproduktion (1000 t)

3625

+0,8%

Talregion

1814

-0,6%

Hügelregion

1134

+2,2%

Bergregion

677

+2,0%

Rindfleischproduktion (1000 t)

131

+3,3%

Talregion

+2,1%

Hügelregion

+4,7%

Bergregion

+4,4%

Produktion Nahrungsenergie (TJ)

23 892

+0,3%

Milch, Milchprodukte

8141

+0,8%

Fleisch

3893

-0,0%

Getreide

4705

+0,3%

Zucker

3684

+0,0%

Pflanzliche Fette und Öle

1061

-0,3%

Kartoffeln

808

+0,9%

Übrige Produkte

1601

+0,0%

Kraftfutterverzehr (1000 t)

1511

+0,2%

Kraftfutterimport

750

+0,7% -9,6%

Ökologische Ausgleichsflächen (1000 ha)

121

Talregion

-5,8%

Hügelregion

-10,2%

Bergregion

-12,7%

Wenig intensive Wiesen

-5,1%

Extensive Wiesen

-11,2%

Hecken

-35,3%

Streueflächen, Brachen

+0,2%

Produktionswert Erzeugung (Mio. Fr.)*

7358

-0,5%

Talregion

4847

-0,8%

Hügelregion

1622

+0,0%

Bergregion

889

+0,3%

Fremdkosten (Mio. Fr.)

9944

+0,5%

Talregion

5527

+0,4%

Hügelregion

2520

+2,0%

Bergregion

1897

-1,2%

Sektoreinkommen (Mio. Fr.)

2519

-3,2%

Talregion

1469

-2,7%

Hügelregion

431

-6,7%

Bergregion

620

-2,0%

*Ohne Dienstleistungen, Nebentätigkeiten und Direktzahlungen.

288

+1,5%

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

Vergleichbare Entwicklung der Kalorienproduktion Auf die ackerbauliche Nutzung zur menschlichen Ernährung hat die unterschiedliche Ausgestaltung der Grünlandförderung keinen nennenswerten Einfluss (Tab. 3). Hingegen werden in Szenario B anstelle der Grünlandnutzung fast 10 000 Hektaren mehr Silomais angebaut als in Szenario A (Abb. 2). In der tierischen Produktion werden mit der Beibehaltung der RGVE- und TEP-Beiträge im Szenario B die Produktionsaktivitäten für Milchund Rindfleisch gegenüber Szenario A um ein beziehungsweise drei Prozent ausgedehnt. Im Gegenzug liegt im Szenario A die Schweinefleischproduktion etwas höher. Insgesamt kann festgehalten werden, dass mit den Tierbeiträgen zwar eine höhere Tierintensität resultiert, dass sich dies jedoch nicht merklich in einer gesteigerten Kalorienproduktion niederschlägt. In beiden Szenarien ist die produzierte Nahrungsenergie praktisch identisch (Tab. 3). Positive Umwelteffekte Szenario A schneidet gegenüber Szenario B im Bereich der Ökologie in dreierlei Hinsicht besser ab. Erstens führen die tieferen Tierbestände zu geringeren Emissionen aus der Tierhaltung. So korrelieren beispielsweise die Ammoniakemissionen eng mit der Anzahl der gehaltenen Nutztiere. Zweitens gewährt Szenario A den Betrieben aufgrund der niedrigeren Tierbesatzzahlen mehr Spielraum zur Förderung der Biodiversität auf Wiesen und Weiden als Szenario B. Mit dem vom Bundesrat vorgeschlagenen Szenario A ergibt sich eine um rund zehn Prozent höhere Biodiversitätsförderfläche. Diese Differenz entfällt vor allem auf die Hecken und extensiven Wiesen und betrifft die höher gelegenen Regionen stärker. Drittens liegt in Szenario A auch der Kraftfutterimport leicht unter dem Wert in Szenario B, was die Import abhängigkeit von Futtermittelimporten vermindert. Tiefere Kosten – höhere Einkommen Trotz abnehmenden Tierbeständen und stagnierenden Produktpreisen kann der gesamte Produktionswert in Szenario A dank kontinuierlichen Ertrags- und Leistungssteigerungen auf dem Niveau des Ausgangszustands gehalten werden. Gegenüber Szenario B ergibt sich durch die angebotsbedingt höheren Milch- und Fleischpreise sogar ein leicht höherer Produktionswert (Tab. 3). Im Gegenzug vermindern die tieferen Tierbestände sowie die zusätzlichen Biodiversitätsförderflächen die Fremdkosten. Insbesondere die Gebäude- und Maschinenkosten fallen im Szenario A geringer aus. Die Direktzahlungen sind in allen Szenarien insgesamt gleich hoch. Dies führt in Szenario A zu einem um drei Prozent oder 80 Millionen Franken höheren Sektoreinkommen gegenüber Szenario

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen? | Agrarwirtschaft

Getreide

Ölsaaten

1000 ha

Zuckerrüben

12 22

150

146

148

151

155

150

11 10

12 10

+1,5% -1,0% -1,3% -0,9% -0,8% -1,0% -0,4%

163

165

166

167

166

+1,1% -1,2% -0,5% -0,2% -0,7% -0,3% +0,1%

2020

11 10

2019

11 10

2018

+3,0% +2,2% +1,5% +2,5% +2,0% +0,8% +1,1% +0,0% -0,2% -0,3% -0,2% -0,2% -0,2% -0,1%

11 9

2017

Szenario B (2020) 284 196 ha +3,6 %

2016

Andere Kulturen*

2015

Gemüse

2014

2013

11 9

2012

10 9

2011

11 9

2010

11 9

11 8

2009

250

12 8

2008

12 9

Silomais

Szenario A (2020) 274 451 ha 100 %

2005/07 277 985 ha +1,3 %

300

200

Kartoffeln

+22% +32% +33% +33% +32% +31% +29%

-0,0% +0,0% +0,0% +0,0% +0,1% +0,0% +0,0% +0,1% -1,3% +4,8% -2,3% +3,8% +0,7% +0,9%

100 160

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2005/07

* Futterrüben, Hülsenfrüchte, Brachen, nachwachsende Rohstoffe

Abb. 2 | Modellergebnisse SILAS: Entwicklung der offenen Ackerfläche bis 2020 (Säulen: in 1000 ha; Prozentzahlen: bezogen auf Szenario A).

B mit steigender Tendenz (Abb. 3). Dies zeigt, dass das bei Zimmermann et al. (2012) festgestellte Einkommensplus der AP 14−17 gegenüber der Referenz in der Grössenordnung von rund 110 Millionen Franken zu einem grossen Teil auf die Umlagerung der Tierbeiträge zurückzuführen ist. Am grössten ist die Einkommensdifferenz in der Hügelregion, weil dort die gegenüber Szenario B tieferen Fremdkosten, die mit den tieferen Tierbeständen anfallen, einen besonders hohen Anteil an der Einkommensbildung haben. Die mit SILAS auf Sektorebene ermittelten Einkommensdifferenzen werden mit SWISSland auch auf einzelbetrieblicher Ebene bestätigt. In Szenario A resultieren im Vergleich zu Szenario B im Mittel um vier Prozent höhere Einkommen, wobei die Einkommensverbesserungen bei den von der instrumentellen Anpassung direkt betroffenen Milchvieh- und Mutterkuhbetrieben

tendenziell noch grösser sind (Tab. 2). Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass in den Szenarien ohne Tierbeiträge (Szenario A) etwas weniger Milchviehbetriebe im Rahmen des Strukturwandels aufgeben als in Szenario B. Bei den Mutterkuhbetrieben ist es gerade umgekehrt.

Schlussfolgerungen Betrachtet man die internationale Literatur zu produktionsbezogenen Direktzahlungen (z. B. Walsh et al. 2005), so sind die Ergebnisse der Modellrechnungen als plausibel zu werten. Die tierbezogenen Direktzahlungen lösen eine Verlagerung der Produktion aus. Aus gesamtwirtschaftlicher Sicht führt dies zu einer Fehlallokation: Es werden aufgrund der Direktzahlungen Tiere gehalten, obwohl die Grenzkosten (ohne Direktzahlungen) über dem erlösbaren Preis liegen (siehe 

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289

Agrarwirtschaft | Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen?

Talregion Mio. Fr.

Hügelregion

2005/07 2640 Mio. Fr. +4,8 %

3000

Bergregion

Szenario A (2020) 2519 Mio. Fr. 100 %

Szenario B (2020) 2439 Mio. Fr. -3,2 %

765

686

649 665

634 631

643

605

650

434

458

660 642

632

623

620

447

442

444

436

431

-1,3%

-2,9% -1,9% -1,0% -1,1% -1,9% -2,0%

2000 521

460

1000

460

496

479

-0,8%

-2,6% -4,4% -4,8% -3,8% -6,1% -6,7%

1914

2020

2019

2018

2017

2016

2015

+1,3% -0,4% -1,0% -2,3% -0,7% -2,6% -2,7%

2014

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2008

2005/07

2009

1548 1548 1541 1634 1497 1484 1554 1481 1474 1474 1470 1469

1494

458

Abb. 3 | Modellergebnisse SILAS: Entwicklung des Sektoreinkommens bis 2020 (Säulen: in Mio. Fr.; Prozentzahlen: bezogen auf Szenario A).

Barth et al. 2011). Dadurch werden Wertschöpfung und Einkommen vernichtet sowie die Umwelt in unerwünschter Weise beeinträchtigt. Die Umlagerung der Tierbeiträge zu den Versorgungssicherheitsbeiträgen im Rahmen der AP 14−17 ist daher von zentraler Bedeutung, um die vom Bundesrat angestrebte Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit und der ökologischen Nachhaltigkeit zu erreichen. Der Umstand, dass mit der vorgeschlagenen Umlagerung der Tierbeiträge sowohl auf einzelbetrieblicher als auch auf sektoraler Ebene ein höheres Einkommen resultiert, deutet darauf hin, dass sich der Berufsstand keinen Gefallen tut, wenn er auf der Beibehaltung tierbezogener Beiträge beharrt. Eine Agrarpolitik, die auf die heutigen Tierbeiträge verzichtet und konsequent die gemeinwirtschaftlichen Leistungen mit zielgerichteten Instrumenten fördert, ist nicht nur im Interesse der Gesellschaft, sondern auch im Interesse der Produn zenten selber.

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Agrarforschung Schweiz 3 (6): 284–291, 2012

Quale conseguenza ha il trasferimento dei pagamenti diretti riferiti agli animali? al punto di vista politico vi è un ampio consenso sul fatto che la volontà di impostare in maniera più chiara il sistema dei pagamenti diretti rispetto agli obiettivi della politica agricola sia un passo sensato nel processo di riforma in corso. Tuttavia vi sono aspetti controversi, ovvero se i contributi riferiti agli animali debbano essere vincolati alla superficie e trasformati in contributi per la sicurezza dell'approvvigionamento, come proposto nel messaggio concernente la politica agricola 2014 – 2017 (PA 14 – 17, Consiglio federale 2012). I modelli di calcolo eseguiti con SILAS e SWISSland indicano che questo trasferimento non soltanto è all'insegna del rispetto delle risorse naturali, bensì contribuisce ad accrescere del 4 per cento il reddito agricolo medio.

Literatur ▪▪ Barth L., Lanz S. & Hofer C., 2011. Förderung der grünlandbasierten Tierproduktion mit der Agrarpolitik 2014–2017. Agrarforschung Schweiz 2 (1), 20–25, 2011. ▪▪ Bundesrat, 2012. Botschaft zur Weiterentwicklung der Agrarpolitik in den Jahren 2014–2017, Bern. Zugang: http://www.blw.admin.ch/themen/00005/00044/01178/index.html?lang=de. ▪▪ Ferjani A., 2008. Agricultural policy (AP-2011) Reform and the WTO: Potential Impacts on Swiss Agriculture. 107th EAAE Seminar «Modeling of Agricultural and Rural Development Policies». Seville, Spain, January 29th−February 1st, 2008. ▪▪ Mack G. & Flury C., 2006. Auswirkungen der Agrarpolitik 2011. Zugang: http://www.srva.ch/files/bericht.pdf [9.3.12]. ▪▪ Möhring A., Mack G., Zimmermann A., Gennaio M.P., Mann S. & Ferjani A., 2011. Modellierung von Hofübernahme- und Hofaufgabeentscheidungen in agentenbasierten Modellen. Yearbook of Socioeconomics in Agriculture 2011, 163−188.

Summary

Riassunto

Welche Auswirkung hat die Umlagerung der tierbezogenen Direktzahlungen? | Agrarwirtschaft

What impact will the rearrangement of animal-related direct payments have? Politically there is a broad consensus that the clearer orientation of the direct payment system towards the objectives of agricultural policy is a sensible aspect of the current reform process. However, there is disagreement as to whether the formerly animal-related contributions, as proposed in the communication on the agricultural policy 2014−2017 (AP 14−17, Federal Council 2012), should be changed to area and transferred to so-called security of supply contributions. Model calculations with SILAS and SWISSland show that such a shift would not only protect natural resources but would therefore also increase the average agricultural income by four percent. Key words: direct payments, Swiss agricultural policy, economic modeling.

▪▪ Schweizerischer Bauernverband SBV, 2011. Stellungnahme SBV. Zugang: http://www.sbv-usp.ch/fileadmin/user_upload/bauernverband/Taetigkeit/Stellungnahmen/2011/110628_VN_AP2014 – 17.pdf [29.2.12]. ▪▪ Walsh K., Brockmeier M. & Matthews A., 2005. Implications of Domestic Support Disciplines for Further Agricultural Trade Liberalization. IIIS Discussion Paper No. 99. Zugang: http://ssrn.com/abstract=922251 oder http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.922251. ▪▪ Zimmermann A., Möhring A., Mack G., Mann S., Ferjani A. & Gennaio M.-P., 2012. Auswirkungen der Agrarpolitik 2014−2017. ART-Bericht Nr. 744 (Ergebnisse aktualisiert auf der BLW-Website www.blw.admin.ch). Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Ettenhausen.

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P f l a n z e n b a u

Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa? Michael Meissle, Jörg Romeis und Franz Bigler Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, 8046 Zürich Auskünfte: Michael Meissle, E-Mail: michael.meissle@art.admin.ch, Tel. +41 44 377 73 96 machen. Verglichen mit der weltweiten Anbaufläche von GVP spielt Europa eine unbedeutende Rolle. Hier wurde auf knapp 115 000 Hektaren insektenresistenter Mais angebaut und auf 17 Hektaren Kartoffeln, die eine für Industrieanwendung optimierte Stärkezusammensetzung haben. Insektenresistenz in kommerziellen GVP wurde durch das Einbringen von Genen des Bakteriums Bacillus thuringiensis (Bt) erreicht. Diese Gene ermöglichen die Produktion von Insektiziden Cry oder Vip Proteinen, die zum Tod des Zielschädlings führen. Mikrobielle Bt-Produkte gelten als umweltfreundlich und werden seit langem in der Landwirtschaft eingesetzt. Die wichtigste Pflanze, die mit Bt-Genen transformiert wurde, ist Mais (James 2011). In der Europäischen Union (EU) wird BtMais vor allem in Spanien angebaut, gefolgt von Portugal, Tschechien, Polen, der Slowakei und Rumänien mit wesentlich kleineren Anbauflächen (Abb. 1). In diesem Beitrag stellen wir die Hauptmaisschädlinge in Europa vor und wie sie derzeit bekämpft werden. Anschliessend diskutieren wir Vor- und Nachteile von Bt-Mais und dessen mögliche Rolle in der Integrierten Produktion (IP).

Durch die Produktion von Bacillus thuringiensis Eiweissen ist t-Mais gegen Frass von bestimmten Schmetterlings- oder Käfer B arten geschützt. (Foto: ART)

Einleitung Die weltweite Anbaufläche gentechnisch veränderter Pflanzen (GVP) stieg in den letzten 15 Jahren auf 160 Millionen Hektaren im Jahr 2011 (James 2011), was rund 10 % der weltweiten Ackerfläche entspricht. Die meisten dieser Pflanzen tragen Gene, die sie gegen bestimmte Herbizide, Insektenschädlinge, oder beides resistent

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Hauptschädlinge im Europäischen Maisanbau Der wichtigste Insektenschädling in Europa ist der Maiszünsler Ostrinia nubilalis (Meissle et al. 2010). Der Kleinschmetterling ist in ganz Europa, mit Ausnahme der nördlichen Gebiete, verbreitet (Abb. 2a). Ein weiterer Schadschmetterling ist die Maiseule Sesamia nonagrioides, die jedoch weitgehend auf den Mittelmeerraum beschränkt ist und in der Schweiz keine Rolle spielt (Abb. 2b). Die Raupen beider Arten fressen Tunnel in Stängel und Maiskolben, was die Nährstoff- und Wasserzufuhr beeinträchtigt und Eingangspforten für Pilzkrankheiten (z. B. Fusarien) öffnet. Starker Frassschaden führt zum Brechen von Stängeln und Kolben. Der dritte Hauptschädling ist der westliche Maiswurzelbohrer Diabrotica virgifera virgifera, der aus Nordamerika eingeschleppt wurde und sich schnell in Europa ausbreitet (Abb. 2c). In der Schweiz ist der Käfer im Tessin zu finden. Nördlich der Alpen etablierten sich in den letzten Jahren Populationen im Inntal an der Bayerisch-

Österreichischen Grenze, sowie im Elsass und in BadenWürttemberg entlang des Rheins. Die Larven dieses Käfers fressen an den Wurzeln, was wiederum die Nährstoff- und Wasseraufnahme einschränkt und die Stabilität der Pflanzen reduziert. Schaden kann auch durch Frass der adulten Käfer an Fruchtfäden und jungen Körnern entstehen (Meissle et al. 2010). Derzeitige Kontrollmassnahmen Bei geringem Schädlingsaufkommen ist die wirtschaftlichste Option keine Schädlingsbekämpfung durchzuführen. In den meisten Europäischen Ländern werden jedoch die im Folgenden vorgestellten Massnahmen gegen Insektenschädlinge ergriffen. Chemische Kontrolle Im Maisanbau werden oft Insektizide mit breitem Wirkungsspektrum, wie zum Beispiel Pyrethroide gegen Schadschmetterlinge und Organophosphate gegen den Maiswurzelbohrer, eingesetzt (Meissle et al. 2010). Anwendungen gegen Maiszünsler müssen kurz nach dem Eischlupf erfolgen, noch bevor sich die Raupen in die Maisstängel bohren. Regelmässige Bonituren und oft mehrere Anwendungen sind dafür nötig. In der Schweiz sind Insektizidbehandlungen möglich, allerdings muss dann meist auf Zahlungen für den Ökologischen Leistungsnachweis (ÖLN) verzichtet werden. Die Maiseule ist besonders schwer zu bekämpfen, da ihre Eier geschützt zwischen Blattscheide und Stängel abgelegt werden. Gegen die Larven des Maiswurzelbohrers werden Boden insektizide während der Aussaat sowie gebeiztes Saat-

Abb. 1 | Bt-Maisanbau 2011 in Europa (in Hektaren). Angepasst von Meissle et al . (2011) mit Daten von James (2011).

Zusammenfassung

Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa? | Pflanzenbau

Mithilfe von Bt-Mais können bestimmte Schädlinge spezifisch und effizient kontrolliert werden. Falls chemische Insektizide mit breitem Wirkungsspektrum durch Bt-Mais eingespart werden können, führt dies zu ökologischen Vorteilen, da zum Beispiel nützliche Organismen geschont werden. Dabei können hochqualitative Produkte mit geringem Zeit- und Ressourcenaufwand erzeugt werden. Resistenzentwicklung und mögliche Ausbrüche von Sekundärschädlingen stellen Risiken für die nachhaltige Nutzung von Bt-Mais dar, die entsprechende Massnahmen (Refugien, Förderung natürlicher Gegenspieler) und Monitoring erfordern. Trotz höheren Saatgutkosten und administrativem Mehraufwand können Bt-Maisproduzenten in Regionen mit hohem Schädlingsdruck grössere Einkommen erzielen. Durch das Anbauverbot in mehreren Europäischen Ländern können jedoch nicht alle Produzentinnen und Produzenten dieses wirtschaftliche Potenzial nutzen. In der integrierten Produktion könnte Bt-Mais gut mit anderen Massnahmen kombiniert werden.

gut verwendet. Gegen adulte Käfer können Insektizide gespritzt werden. Im Allgemeinen sind chemische Insektizide günstig und die Produzenten haben Erfahrung mit deren Anwendung. Spezialmaschinen sind jedoch nötig um hohe Maisbestände behandeln zu können. Insektizide mit breitem Wirkungsspektrum erlauben die Kontrolle mehrerer Schädlinge gleichzeitig, haben aber auch Nebeneffekte auf Nützlinge, wie zum Beispiel natürliche Gegenspieler, Bestäuber und Zersetzer. Des weiteren besteht das Risiko, dass Resistenzen gegen den aktiven Wirkstoff entstehen. Die EU ist bestrebt Pestizide zu reduzieren und integrierten Pflanzenschutz umzusetzen. So fordert die kürzlich publizierte EU-Direktive 2009/128/ EC von allen Mitgliedsstaaten bis 2014 die Umsetzung dieser Ziele. Biologische Kontrolle Die einzige für Mais erhältliche Biokontrollalternative sind Trichogramma-Wespen, welche die Eier des Maiszünslers befallen. Die Schlupfwespen werden auf etwa 150 000 Hektaren vor allem in Frankreich, Deutschland und der Schweiz ausgebracht (Meissle et al. 2009, 2010). 

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Pflanzenbau | Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa?

Abb. 2 | Verbreitung der drei Hauptmaisschädlinge in Europa: A) Maiszünsler (Ostrinia nubilalis), B) Maiseule (Sesamia nona grioides), C) Maiswurzelbohrer ( Diabrotica virgifera virgifera). A ng epasst von Meissle et al . (2011), (Fotos: Matilde Eizaguirre, C armen Lopez, M ichael Meissle)

Ausser bei sehr hohen Maiszünslerpopulationen kann eine hohe Wirksamkeit erreicht werden. Bonituren, Prognosesysteme und effiziente Logistik sorgen für eine Ausbringung zum optimalen Zeitpunkt, was für den Erfolg sehr wichtig ist. Gegen die Maiseule ist Trichogramma nicht wirksam, da deren versteckte Eier kaum parasitiert werden. Feldversuche zeigen, dass die Larven des Maiswurzelbohrers mit entomopatho-

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genen Nematoden (Fadenwürmern) bekämpft werden können. Ein marktreifes Produkt ist bereits in Deutschland erhältlich. Biologische Schädlingsbekämpfung ist generell wünschenswert, da sie in der Regel spezifisch gegen die Zielschädliche wirkt und umweltverträglich ist. Kontrolle durch Kulturmassnahmen Um die Anzahl der überwinternden Maiszünslerlarven zu reduzieren, wird das Feld nach der Ernte dicht über dem Boden abgemäht und das Pflanzenmaterial zerkleinert und untergepflügt (Meissle et al. 2010). Gegen den Maiswurzelbohrer ist Fruchtfolge sehr effizient, da die Weibchen ihre Eier vor allem in Maisfelder ablegen und sich die Larven, die im folgenden Jahr schlüpfen, nicht oder schlecht in anderen Feldkulturen entwickeln können. In den USA, wo einfache Fruchtfolgen aus Soja und Mais dominieren, entwickelten sich jedoch Käferpopulationen, die ihre Eier entweder zu einem grossen Teil in Soja ablegen, oder bei denen der Schlupf der Eier erst nach zwei Jahren erfolgt. Dies unterstreicht die Bedeutung von diversifizierten Fruchtfolgen als wesentlichen Eckpfeiler der IP. Potenzielle Vorteile des Anbaus von Bt-Mais Die Maislinie MON810 ist die einzige insektenresistente GVP, die in Europa für den Anbau zugelassen ist. Sie produziert das Bt-Eiweiss Cry1Ab zur Kontrolle von Maiszünsler und Maiseule. Mehrere Vorteile führten zu einer raschen Annahme der Technologie in vielen Ländern der Welt (Meissle et al. 2011). Auch gegen den Maiswurzelbohrer wurden verschiedene Bt-Maislinien entwickelt, die in den USA bereits weit verbreitet sind.

Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa? | Pflanzenbau

Hohe Wirksamkeit Bt-Mais ist vor den Zielschädlingen mit hoher Wirksamkeit geschützt, was sich bei mittlerem bis starkem Befall in der Regel in höheren Erträgen im Vergleich zu konventionellem Mais wiederspiegelt (Gómez-Barbero et al. 2009). Cry1Ab-produzierender Mais kontrolliert sowohl den Maiszünsler als auch die Maiseule, was im Mittelmeergebiet ein grosser Vorteil gegenüber konventionellen Methoden ist. In den USA konnte durch den gross flächigen Anbau von Bt-Mais eine starke regionale Abnahme von Maiszünslerpopulationen erreicht werden, von der vor allem auch konventionelle Produzenten profitieren (Hutchison et al. 2010).

Chemisch

Kurativer (direkter) Pflanzenschutz BiotechBiolo- nisch Physigisch

kalisch

Warnungs-/Vorhersage-/ Frühdiagnosesysteme

Risikoanalyse, Monitoring

wirtschaftliche Schadensschwelle Anbau- und Pflegeverfahren Bodenbearbeitung, Düngung, Präventiver (indirekter) Bewässerung, Pflanzenschutz Fruchtfolge, etc. Tolerante/ Förderung Resistente Sorten natürlicher Gegenspieler

Einfache Betriebsabläufe Da das insektizide Bt-Eiweiss von den Pflanzen selbst über die gesamte Feldsaison produziert wird, muss für Bt-Mais keine zusätzliche Zeit, zum Beispiel für Bonituren oder Ausbringung von Insektiziden oder Schlupfwespen, aufgewendet werden. Dies ist vor allem in Südeuropa vorteilhaft, wo die Schadschmetterlinge mehrere Generationen pro Jahr durchlaufen.

Abb. 3 | Grundsätze des Integrierten Pflanzenschutzes nach Boller et al . (2004). Angepasst von Meissle et al . (2011).

Hohe Produktqualität Pilzerreger, wie etwa Fusarium Arten, verursachen Wurzel-, Stängel- und Kolbenfäule und produzieren Mykotoxine, die giftig für Mensch und Tier sind. Frassstellen von Insekten, vor allem von Schmetterlingslarven der zweiten Generation, erleichtern das Eindringen der Erreger in die Pflanze. Da Bt-Mais besser vor Insektenfrass geschützt ist, ist auch das Infektionsrisiko durch Pathogene geringer, was die Korn- beziehungsweise Silagequalität verbessert. Dies ist wichtig, da in der EU und der Schweiz strenge Obergrenzen für bestimmte Mykotoxine in Nahrungsmitteln und Richtwerte für Futtermittel gelten.

Entwicklung von Resistenzen Da durch Bt-Mais ein insektizides Eiweiss in hoher Dosis während der ganzen Feldsaison produziert wird, kann der hohe Selektionsdruck auf die Zielschädlinge zur Resistenzentwicklung führen. Um dies hinauszuzögern, muss ein gewisser Prozentsatz (z. B. 20 %) konventioneller Mais als Refugium gepflanzt werden. Durch diese Strategie wird erreicht, dass sich vereinzelte, resistente Falter mit empfindlichen Faltern paaren und deren Nachkommen wiederum empfindlich sind. In Spanien, wo Bt-Mais seit 1998 kultiviert wird, gibt es bislang keine Hinweise auf einen Rückgang der Empfindlichkeit gegenüber Cry1Ab (Farinos et al. 2011). Neue Bt-Maispflanzen, die vor allem in den USA im Anbau sind, produzieren zwei oder mehrere verschiedene Bt-Eiweisse gleichzeitig. Diese Pflanzen haben eine potentiell höhere Dauerhaftigkeit, da die Wahrscheinlichkeit, dass Resistenzen gegen verschiedene Eiweisse gleichzeitig entstehen, erheblich reduziert ist.

Ökologische Vorteile Eine Vielzahl von Labor- und Feldstudien zeigen, dass die Bt-Eiweisse spezifisch auf bestimmte Gruppen von Zielschädlingen wirken und Bt-Mais keine unerwarteten Auswirkungen auf Nützlinge, wie natürliche Gegenspieler, Bienen oder Bodenorganismen hat (Romeis et al. 2006; Naranjo 2009; Icoz und Stotzky 2008). Mögliche Risiken von schmetterlingsresistentem Bt-Mais auf Tagfalter wurden wegen geringer Exposition als gering eingestuft (Perry et al. 2010). Es wird geschätzt, dass in den Anbauregionen von Bt-Mais 35 % der Insektizide eingespart werden (Brookes und Barfoot 2010; Gómez-Barbero et al. 2008). Durch diese Einsparung umweltschädlicher Insektizide kann Bt-Mais einen deutlichen ökologischen Vorteil darstellen (Romeis et al. 2006; Naranjo 2009).

Potenzielle Nachteile des Anbaus von Bt-Mais Wie bei jeder Technologie gibt es auch beim Anbau von Bt-Mais Hindernisse und Risiken, die dessen Einsatzmöglichkeit einschränken (Meissle et al. 2011).

Auftreten von Sekundärschädlingen Der Ersatz von unspezifischen Massnahmen (z. B. Insektizide mit breitem Wirkungsspektrum) zur Schädlingsbekämpfung durch sehr spezifisch wirkende Methoden, kann dazu führen, dass sich Populationen von Sekundärschädlingen, die zuvor mit kontrolliert wurden, aufbauen und die Schadschwelle überschreiten. Dies gilt auch für den sehr spezifisch wirkenden Bt-Mais. Im schlimmsten Fall müssen dann wiederum vermehrt 

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Pflanzenbau | Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa?

Insektizide eingesetzt werden. In Europa ist bislang jedoch kein Auftreten von Sekundärschädlingen im Zusammenhang mit dem Anbau von Bt-Mais bekannt. Die Förderung von natürlichen Gegenspielern in BtMaisfeldern hilft die Populationen von Sekundärschädlingen unterhalb der Schadschwelle zu halten (Romeis et al. 2006) und muss deshalb ein wichtiges Ziel integrierter Maisproduktion sein. Erfüllen von Vertragsbestimmungen Produzenten von Bt-Mais haben einen höheren administrativen Aufwand als konventionelle Produzenten. Dieser umfasst Bekanntmachungen, detaillierte Buchhaltung, Schulungen und Betriebskontrollen. Durch die Vorschriften der Koexistenzverordnung muss zudem jeder Bt-Maisproduzent sicherstellen, dass benachbarte Betriebe weiterhin die Möglichkeit haben konventionell oder biologisch, innerhalb der geltenden Grenzwerte für GVP-Verunreinigungen, zu produzieren. Dies erfordert Absprachen und Abkommen mit Nachbarinnen und Nachbarn, Lohnunternehmungen und Kooperativen, was wiederum zu höheren Produktionskosten führt (Albisser Vögeli et al. 2011). Fehlende Anbaugenehmigung In der EU ist eine Vielzahl von GVP-Linien für den Import als Nahrungs- und Futtermittel zugelassen (siehe www. gmo-compass.org). MON810 ist jedoch die einzige BtMaislinie, die auch angebaut werden darf. In einigen Ländern, wie zum Beispiel Österreich, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Luxemburg und Ungarn, wurde der Anbau jedoch untersagt. In der Schweiz besteht seit 2005 ebenfalls ein Moratorium für den kommerziellen Anbau von GVP. Dossiers für die Zulassung von weiteren Bt-Maislinien wurden in der EU eingereicht, jedoch wurde bislang nicht entschieden (Meissle et al. 2011). Viele Produzentinnen und Produzenten in Europäischen Ländern haben demnach keine Wahlmöglichkeit, ob sie Bt-Mais verwenden möchten oder nicht, da der Anbau durch regionale, nationale, oder EUBehörden nicht autorisiert ist. Wirtschaftlichkeit von Bt-Mais Saatgutpreise für Bt-Mais sind generell höher als für konventionellen Mais, da die Industrie einen Technologiezuschlag erhebt. Die Kosten für Pflanzenschutz fallen somit bereits beim Saatgutkauf an, was zu weniger Gewinn führen kann, falls der Schädlingsdruck niedrig ist. Wie die Erfahrungen in Spanien zeigen, werden die Saatgutpreise regional je nach Schädlingsdruck und Gewinnerwartung angepasst (Gómez-Barbero et al. 2009). In Spanien wird Bt-Mais annähernd überall dort

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produziert, wo er zu höherem Betriebsgewinn beiträgt. Ökonomische Analysen haben ergeben, dass Bt-Mais vor allem auch Vorteile in denjenigen EU-Staaten bringen würde, in denen der Anbau derzeit verboten ist (Meissle et al. 2011). In der Schweiz besteht derzeit wenig Bedarf an Bt-Mais, da die Bekämpfung des Maiszünslers weitgehend mit Trichogramma erfolgt. Eine Wirtschaftlichkeitsstudie von Agroscope ART zeigte, dass Bt-Mais in der Schweiz gegenüber konventionellem Mais für Landwirtinnen und Landwirte kaum interessant wäre, was vor allem durch die erforderlichen Koexistenzmassnahmen begründet ist (Albisser Vögeli et al. 2011). Zudem nimmt ein grosser Teil der Schweizer Konsumentinnen und Konsumenten eine ablehnende Haltung gegenüber der Gentechnik in der Landwirtschaft ein (Bonfadelli & Meier 2010). Bt-Mais als Technologe für die Integrierte Produktion Die IP setzt sich zum Ziel, hochqualitative Produkte nachhaltig zu erzeugen. Dabei sollen natürliche Ressourcen und Regelmechanismen genutzt werden, um umweltschädliche Einträge zu reduzieren, die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern und eine diversifizierte Umwelt zu erhalten (Boller et al. 2004). Integrierter Pflanzenschutz soll demnach kostengünstig und umweltschonend zugleich sein. Dabei können präventive (indirekte) und kurative (direkte) Methoden angewandt werden (Abb. 3). Wenn ein hohes Schadpotential trotz vorbeugender Massnahmen erwartet wird, kann mit der Ausbringung von Biokontrollorganismen, biotechnischen Methoden (Verwirrungstechnik, Freilassen steriler Insekten), oder physikalischen Methoden reagiert werden. Chemische Pestizide sollen nur als letztes Mittel verwendet werden (Boller et al. 2004). Das von Bt-Mais produzierte insektizide Eiweiss kann einerseits als kurativer Einsatz gegen den Zielschädling betrachtet werden, oder aber als präventive Massnahme durch die Erhöhung der Pflanzenresistenz. Durch die fehlende Toxizität für Menschen, Bestäuber, Bodenorganismen und natürliche Gegenspieler könnte Bt-Mais gut im Rahmen der IP eingesetzt werden. Derzeit schliessen jedoch die Richtlinien der wichtigsten Labelorganisationen in der Schweiz (IP Suisse, BioSuisse) den Einsatz von GV-Pflanzen aus. n

Mais Bt – Un possibile contributo per la produzione integrata in Europa? Con l'ausilio del mais Bt determinati parassiti possono essere controllati in modo specifico ed efficiente. L’utilizzo di mais Bt comporta vantaggi ecologici in quanto vengono ad esempio risparmiati organismi utili contrariamente a quanto è il caso con insetticidi chimici ad ampio spettro d'azione. Inoltre il mais Bt permette agli agricoltori una produzione di alta qualità con basso dispendio di tempo e di risorse. Il rischio di un utilizzo sostenibile di mais Bt è rappresentato dallo sviluppo di resistenze e possibili insorgenze di parassiti secondari che richiedono provvedimenti adeguati (rifugi, sostegno dell'antagonista naturale) e un monitoraggio Nonostante i costi della semenza e il dispendio amministrativo siano più elevati, i produttori di mais Bt possono ottenere redditi maggiori nelle regioni con forte presenza di organismi nocivi. Con il divieto di coltivazione in molti paesi europei non tutti i produttori possono, tuttavia, sfruttare questo potenziale economico. Nella produzione integrata il mais Bt potrebbe essere abbinato ad altre misure.

Literatur ▪▪ Albisser Vögeli G., Burose F., Wolf D. & Lips M., 2011. Wirtschaftlichkeit gentechnisch-veränderter Ackerkulturen in der Schweiz. Agroscope ART, Ettenhausen. Zugang: http://www.agroscope.admin.ch/data/publikationen/1305282734_Albisser_Voegeli_G_gentech-wirtschaftlichkeit.pdf [3.4.2012]. ▪▪ Boller E. F., Avilla J., Joerg E., Malavolta C., Wijnands F.G. & Esbjerg P., 2004. Guidelines for integrated production – Principles and technical guidelines, 3rd edition. IOBC/wprs Bulletin 27 (2). ▪▪ Bonfadelli H. & Meier W. A., 2010. Grüne Gentechnik im öffentlichen Diskurs- Interessen, Konflikte und Argumente. UVK Verlagsgesellschaft mbH, Konstanz. ▪▪ Brookes G. & Barfoot P., 2010. Global impact of biotech crops: Environmental effects, 1996–2008. AgBioForum 13 (1), 76–94. ▪▪ Farinos G. P., Andreadis S. S., de la Poza M., Mironidis G. K., Ortego F., Savopoulou-Soultani M. & Castañera P., 2011. Comparative assessment of the field-susceptibility of Sesamia nonagrioides to the Cry1Ab toxin in areas with different adoption rates of Bt maize and in Bt-free areas. Crop Protection 30, 902–906. ▪▪ Gómez-Barbero M., Berbel J. & Rodríguez-Cerezo E., 2009. Bt corn in Spain—the performance of the EU’s first GM crop. Nat Biotechnol 26, 384–386. ▪▪ Hutchison W. D., Burkness E. C., Mitchell P. D., Moon R. D., Leslie T. W., Fleischer S. J., Abrahamson M., Hamilton K. L., Steffey K. L., Gray M. E., Hellmich R. L., Kaster L. V., Hunt T. E., Wright R. J., Pecinovsky K., Rabaey T. L., Flood B. R. & Raun E. S., 2010. Areawide suppression of European corn borer with Bt maize reaps savings to non-Bt maize growers. Science 330, 222–225.

Summary

Riassunto

Bt-Mais – Ein möglicher Beitrag zur Integrierten Produktion in Europa? | Pflanzenbau

Bt maize – a potential contribution to integrated production? Bt maize represents a targeted and efficient measure for controlling certain pests. Replacing broad-spectrum insecticides with Bt maize produces environmental benefits, for example because this approach does not harm beneficial organisms. Growers can produce high-quality products with low time and resource investment. Resistance evolution and potential secondary pest outbreaks are risks for the sustainable use of Bt maize that require appropriate management plans (refuges, encouragement of natural enemies) and monitoring. Despite higher seed prices and administrative requirements, Bt-maize growers in areas with high pest pressure have generally been able to increase their gross margin. With the non-authorisation of Bt maize in several European countries, however, not all producers can make use of this economic potential. In the context of integrated production, Bt maize could be used in combination with other measures. Key words: genetically modified organisms; maize pests; integrated pest management; Bt-protein.

▪▪ Icoz I. & Stotzky G., 2008. Fate and effects of insect-resistant Bt crops in soil ecosystems. Soil Biol Biochem 40, 559–586. ▪▪ James C., 2011. Global status of commercialized biotech/GM crops: 2011. ISAAA Brief No. 43, ISAAA, Ithaca, NY, USA. ▪▪ Meissle M., Romeis J. & Bigler F., 2011. Bt maize and integrated pest management – a European perspective. Pest Management Sci 67, 1049–1058. ▪▪ Meissle M., Bigler F., Mouron P., Kabiri F. & Pons X., 2009. Non-chemical control of corn borers using Trichogramma or Bt maize. From Science to Field, Maize Case Study – Guide Number 1. Zugang: http://www.endurenetwork.eu/endure_publications/endure_publications2 [3.4.2012] ▪▪ Meissle M., Mouron P., Musa T., Bigler F., Pons X., Vasileiadis V. P., Otto S., Antichi D., Kiss J., Palinkas Z., Dorner Z., van der Weide R., Groten J., Czembor E., Adamczyk J., Thibord J. B., Melander B., Cordsen Nielsen G., Poulsen R. T., Zimmermann O., Verschwele A. & Oldenburg E., 2010. Pests, pesticide use and alternative options in European maize production: current status and future prospects. J Appl Entomol 134, 357–375. ▪▪ Naranjo S. E., 2009. Impacts of Bt crops on non-target invertebrates and insecticide use patterns. CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources 4, No. 011. ▪▪ Perry J. N., Devos Y., Arpaia S., Bartsch D., Gathmann A., Hails R. S., Kiss J., Lheureux K., Manachini B., Mestdagh S., Neemann G., Ortego F., Schiemann J. & Sweet J. B. (2010) A mathematical model of exposure of non-target Lepidoptera to Bt-maize pollen expressing Cry1Ab within Europe. Proc R Soc B 277, 1417–1425. ▪▪ Romeis J., Meissle M. & Bigler F., 2006. Transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis toxins and biological control. Nat Biotechnol 24, 63–71.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 292–297, 2012

297

P f l a n z e n b a u

Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch Fabio Mascher1, Caterina Matasci1,2 , Yvan Kneubuehler1, Stefan Kellenberger1, Carolina Diaz Quijano3, Beat Keller4, Christof Sautter3 und Arnold Schori1. 1 Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil ACW, 1260 Nyon 1 2 Delley Samen und Pflanzen DSP, 1567 Delley 3 Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich, Professur Pflanzenbiotechnologie, 8093 Zürich 4 Universität Zürich, Institut für Pflanzenbiologie, 8008 Zürich Auskünfte: Fabio Mascher, E-Mail: fabio.mascher@acw.admin.ch, Tel. +41 22 363 47 33

Aussaat der Resistenztests in Pully.

Einleitung Im Laufe der Evolution haben die Pflanzen verschiedene Strategien entwickelt, um sich gegen Krankheitserreger zu schützen. Auf der einen Seite verfügen sie über eine Palette von physischen und biochemischen Barrieren, die das Einnisten eines Krankheitserregers verhindern oder verlangsamen. Diese Barrieren wirken unspezifisch, bieten jedoch nur einen unvollständigen Schutz vor Infektionen (Hückelhoven 2007). Andererseits besitzen die Pflanzen spezifische Resistenzen. Diese erlauben der Pflanze bestimmte Rassen eines Krankheitserregers zu erkennen, um so schnell wie möglich eine Reihe biochemischer Abwehrmechanismen zu aktivieren (Slusarenko et al. 2000; Niu und He 2009). Solche, durch die Infektion induzierte Abwehrmechanismen werden bei jeder Infektion gebildet. Es ist die Reaktionsgeschwindigkeit, die eine erfolgreiche und vollständige Abwehr ausmachen. Bei dieser induzierten Abwehrreaktion bildet die Pflanze

298

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 298–305, 2012

unter anderem sogenannte PR-Proteine (Englisch für pathogenesis-related proteins) (van Loon et al. 2006), wie zum Beispiel Glukanasen und Chitinasen. Diese Enzyme können Glukan und Chitin, wichtige Bestandteile der Pilzzellwand, abbauen (Kasprzewska 2003; Liu et al. 2009). Glukanasen und Chitinasen schwächen somit eindringende Pilze und hemmen den Infektionsprozess (Liu et al. 2009; Ferreira et al. 2007). Die Forschung hat in den letzten Jahrzehnten grosse Kenntnisse über die Funktion der Gene erhalten, die in den oben beschriebenen Abwehrprozess der Pflanze involviert sind. Mehrere Resistenzgene wurden geklont (isoliert) und können nun mittels Transgenese auf Pflanzen übertragen werden, die diese Gene nicht besitzen. Die Einfügung solcher Resistenzgene in eine neue Pflanze erlaubt es unter anderem deren Funktion zu überprüfen und besser zu verstehen, sowie das Zusammenspiel mit anderen Genen zu untersuchen. Die erhaltenen Erkenntnisse sind sehr wertvoll für die klassische Züchtung moderner Kulturpflanzensorten und können auch zur Entwicklung transgener Sorten verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Resistenz gegen verschiedene pilzliche Krankheitserreger in transgenem und nicht-transgenem Weizen untersucht. Es soll dazu die Wirkung der zwei Resistenztypen nämlich allgemeine, unspezifische Resistenz und qualitative, rassenspezifische Resistenz geprüft werden. Quantitative Resistenz wurde mit zusätzlichen Chitinase- und Glukanasegenen aus der Gerste auf die Sommerweizensorte Frisal übertragen (Bieri et al. 2003). Für den rassenspezifischen Resistenzansatz wurde das Pm3b Resistenzgen gegen den Echten Mehltau in die Sorte Bobwhite übertragen (Brunner et al. 2011). Vier unabhängige transgene Bobwhite-Pm3b Linien und deren nicht-transgene Schwesterlinien werden untersucht (Foetzki et al. 2012). Anhand dieser Linien ist es möglich die Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Pflanze zu studieren (Sharp et al. 2002). Sowohl die Chitinase / Glukanase

Linien als auch die Pm3b Linien haben eine deutliche Verbesserung der Resistenz im Gewächshaus gegen den Echten Mehltau gezeigt (Bieri et al. 2003; Brunner et al. 2011). Die transgenen Pm3 Linien haben zudem in Freilandversuchen eine stark verbesserte Resistenz gegen den Echten Mehltau aufgewiesen (Foetzki et al. 2011; Brunner et al. 2011). In dieser Arbeit wird die Wirkung der verschiedenen transgenen Resistenzen auf den echten Mehltau sowie auf den Gelbrost und die Ährenfusariose unter hohem Infektionsdruck in Resistenztests mit künstlichen Infektionen näher untersucht.

Material und Methoden Untersuchte Weizensorten und -linien Sämtliche in diesem Versuch verwendeten Weizensorten und -linien werden in Tabelle 1 beschrieben. Als Kontrollen dienten die Ursprungssorten Bobwhite und Frisal sowie die modernen Sommerweizensorten Toronit, Fiorina, Casana und Rubli. Der Infektionsdruck in den Resistenztests wurde mit Hilfe jeweils einer anfälligen und einer resistenten Sorte überwacht. Aufbau der Feldversuche Die Feldversuche wurden auf Parzelle 51 auf dem Gelände von Agroscope Changins-Wädenswil Forschungszentrum Pully, in den Jahren 2009 und 2010 durchgeführt. Die Versuche wurden für jede Krankheit separat angelegt. Zwei Reihen der Triticalesorte Trado trennten die Resistenzversuche voneinander. Die Weizensorten wurden in Horsten mit 40 Körnern pro Weizensorte oder -linie und in einem Abstand von etwa 30 × 30 cm zwischen den Horsten angesät. Die Wiederholung innerhalb der Resistenzversuche wurden mit einer Reihe einer für die jeweilige Krankheit anfälligen Sorte getrennt (Infektionslinie; Tab. 1). Es wurden keine Fungizide eingesetzt. Bei Überschreiten der Schadschwelle der Fritfliege (Cecidomyia destructor), (1 Ei/m²) wurde dreimal im Abstand von einer Woche mit Karate Zeon (Lambda-Cyhalothrin 9,43 %; Syngenta Agro, AG, Dielsdorf, Schweiz; 75 l in 300 l Wasser/ha) behandelt. Künstliche Infektionen Die künstlichen Infektionen werden in Michel (2001) beschrieben. Sämtliche verwendeten Pathogenisolate stammen aus der Schweiz und spiegeln weitgehend die Virulenzen in den hiesigen Populationen wider (Mascher et al. 2010; Mascher et al. 2012). Pflanzen der anfälligen Sorten Kanzler und Oï2- wurden im Gewächshaus gezogen und mit Echtem Mehltau infiziert. Nach zwei Wochen wurden die stark befallenen Pflanzen in die Infektionslinien im Resistenztest gepflanzt.

Zusammenfassung

Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch | Pflanzenbau

Die Übertragung von zusätzlichen Resistenzgenen zwischen Pflanzen mit Hilfe der Transgenese erlaubt ein besseres Verständnis der Funktion dieser Gene und deren Zusammenspiel mit anderen Genen der Pflanze. In der vorliegenden Arbeit wird die Resistenz von verschiedenen transgenen Weizenlinien gegen die Krankheiten Echter Mehltau, Gelbrost und Ährenfusariose untersucht. Auf der einen Seite wurde das rassenspezifische Mehltauresistenzgen Pm3b aus der Weizenlandrasse Chul auf die Sorte Bobwhite übertragen. Der zweite Ansatz untersuchte eine verbesserte quantitative, unspezifische Resistenz durch die Gene Chitinase und Glukanase aus der Gerste in der Weizensorte Frisal. Die Versuche wurden mit hohem Infektionsdruck geführt um die Resistenz zwischen transgenen Linien und Ursprungssorte vergleichen zu können. Im Falle der Pm3b- Bobwhiteabkömmlinge konnte auch auf nicht-transgene Schwesterlinien zurückgegriffen werden. Die Schwesterlinien haben den gleichen Transformationsprozess durchschritten, jedoch ging das Transgen nach der Regeneration der Pflanzen bei der Segregation verloren. Die Ergebnisse zeigen, dass das zusätzliche Pm3b-Gen die Resistenz gegenüber Infektionen durch den Echten Mehltau auf dem Blatt und auf der Ähre deutlich verbessert. Überraschenderweise entwickelt eine der transgenen Bobwhitelinien ebenfalls eine verbesserte Resistenz gegen den Gelbrost. Die Resistenz gegen die Ährenfusariose wird hingegen kaum beeinflusst. Die zusätzlichen Chitinase und Glukanase Gene in der Sorte Frisal haben keinen Einfluss auf das Resistenzverhalten der transgene Pflanzen gezeigt. Die Erkenntnisse aus diesem Versuch sind unter anderem sehr wertvoll für die klassische Züchtung resistenter Sorten.

Gelbrostisolate wurden auf den anfälligen Sorten Coker und Eridano (Tab. 1) im Gewächshaus gezogen. Stark sporenproduzierende Pflanzen wurden in die Infektionslinie des Resistenztests gepflanzt. Zudem wurden die Sporen in Petroleum suspendiert und die Sporensuspension auf die Infektionslinien gesprüht. Das Inokulum für die Resistenztests für die Ährenfusariose bestand aus einer Mischung mehrerer Fusarium culmorum Stämme. Die Sporen wurden auf Weizenkörnern produziert und mit 106 Sporen pro ml bei Anfang der Blüte auf die Prüflinge gesprüht (Häller  Gärtner et al. 2008).

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 298–305, 2012

299

Pflanzenbau | Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch

Tab. 1 | Beschreibung der verwendeten Weizensorten und -linien Liste der Weizensorten und -linien Name

Beschreibung

Herkunft / Züchter

Pm3b-1tg

transgene Linie mit Pm3b -Gen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-1sl

Schwesterlinie von Pm1tg, nicht transgen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-2tg

transgene Linie mit Pm3b -Gen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-2sl

Schwesterlinie von Pm²tg, nicht transgen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-3tg

transgene Linie mit Pm3b -Gen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-3sl

Schwesterlinie von Pm3tg, nicht transgen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-4tg

transgene Linie mit Pm3b -Gen

Universität Zürich, B. Keller

Pm3b-4sl

Schwesterlinie von Pm4tg, nicht transgen

Universität Zürich, B. Keller

Bobwhite

Ursprungssorte für die Pm3b Transformationen

CIMMYT, Mexiko

transgene Linie mit Chitinase und Glukanase Genen

ETH Zürich, C. Sautter, W Gruissem

A13

transgene Linie mit Chitinase und Glukanase Genen

ETH Zürich, C. Sautter, W Gruissem

Frisal

Ursprungssorte für die Chi-Glu Transformationen

Agroscope/DSP

Toronit

Handelssorte, zum Vergleich

Agroscope/DSP

Fiorina

Handelssorte, zum Vergleich

Agroscope/DSP

Casana

Handelssorte, zum Vergleich

Agroscope/DSP

Rubli

Handelssorte, zum Vergleich

Agroscope/DSP

Oï--

Experimentelle Linie, Vergleich für echten Mehltau

Agroscope

OïS

Experimentelle Linie, Vergleich für echten Mehltau

Agroscope

Handelssorte, Vergleich für Gelbrost

SPS Bologna, Italien

Aletsch

Handelssorte, Vergleich für Gelbrost

Agroscope/DSP

Nadro

Handelssorte, Vergleich für Ährenfusariose

Eridano

Sonalika

300

Handelssorte, Vergleich für Ährenfusariose

Bonituren Die Infektionsstärke wurde als Anteil der befallener Blattfläche mit Hilfe einer logarithmischen 1 – 9 Skala bonitiert (Tab. 2). Die Stärke der Mehltauinfektion auf der Ähre wurde auf 20 einzeln bonitierten Ähren mit Hilfe der 1 – 9 Skala beurteilt. Für die Infektionshäufigkeit (Inzidenz) von Gelbrost wurden die Präsenz von Symptomen auf den Blättern von 20 Trieben erhoben. Die Inzidenz der Ährenfusariose wurde auf 25 – 30 Trieben erhoben. Je nach Dauer der Infektion wurden von jeder Krankheit im Laufe der Saison wenigstens zwei, durchschnittlich jedoch fünf Noten, gesammelt. Die Konzentration des Mykotoxins DON wurde mit dem Kit Ridascreen FAST DON (r-biopharm, Darmstadt, Allemagne) gemäss dem Protokoll des Herstellers ermittelt. Aufbau und statistische Auswertungen Die Versuche wurden als vollständig zufällig angeordnete Blocks (complete randomized blocks), mit jeweils vier Wiederholungen je Krankheit und über zwei Jahre durchgeführt. Jeder Block ist eine Wiederholung und enthält sämtliche 18 Sorten. Die Noten der Infektionsstärke und die Infektionsinzidenz wurden über die Beobachtungsdauer integriert und als Fläche unter der Befallsverlaufskurve (AUDPC, Englisch für «area under the disease progress curve») ausgedrückt. Diese Kennzahl wurde mit der Formel AUDPC=∑ [(xi+xi+1)/2]ti-∑ti berechnet. Um die Infektionserhebungen zwischen den Jahren vergleichen zu können wird die AUDPC durch die Anzahl der Tage zwischen der ersten und der letzten Bonitur geteilt (AUDPC rel.). Die gesammelten Daten wurden mit dem Programm SigmaPlot 11.0 (Systat Software Inc, Chicago, USA) analysiert. Nach Test der Normalverteilung der Residuen wurde eine monofaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Sorten wurden mit Hilfe des Tukey HSD Tests ermittelt (P<0,02).

Tab. 2 | Boniturskala für Blatt- und Ährenbefall Note 1

Agroscope/DSP

CIMMYT, Mexiko

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 298–305, 2012

Befallene Fläche 0

2.5%

12.5%

25%

50%

75%

87.5%

97.5%

100%

Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch | Pflanzenbau

Resultate

Gen in den Bobwhitelinen auch gegen Erreger schützen kann, die Pflanzen mit der nicht-transgenen Pm3b Resistenz infizieren können. Im Jahr 2010 waren die Infektionsbedingungen und der Befallsdruck besonders hoch, was dazu führte, dass der Mehltau ebenfalls die Ähren der Sorte Bobwhite und einige ihrer Abkömmlinge befallen konnte. Der Ährenbefall war sehr stark auf Bobwhite und auf den vier nicht transgenen Schwesterlinien (Abb. 2). Die transgenen Linien Pm3b-1tg, Pm3b-2tg und Pm3b-4tg wiesen einen deutlich geringeren, statistisch abgesicherten Befall auf. Der Befall auf der transgenen Linie Pm3b-3tg zeigte sehr grosse Schwankungen und war statistisch vergleichbar mit dem Befall sowohl auf  Bobwhite als auch auf Pm3b-2tg.

Im Resistenztest für Echten Mehltau mit künstlicher Infektion zeigten alle vier transgenen Pm3b Linien deutlich erhöhte Resistenz gegenüber der Ursprungssorte Bobwhite (Abb. 1). Die nicht-transgenen Schwesterlinien weisen einen deutlich höheren, statistisch gesicherten, Befall auf als die Linien mit dem Gen Pm3b. Dies verdeutlicht, dass zusätzliche Pm3b Gene die Resistenz erhöhen. Einige der verwendeten Mehltaustämme enthielten die Pm3b-Virulenz, die es dem Erreger erlaubt die Resistenz Pm3b zu umgehen (Daten nicht gezeigt; Virulenzliste in Matasci et al., in Vorbereitung). Die vorliegenden Ergebnisse legen nahe, dass das zusätzliche, transgene Pm3b7 2009

Befallststärke (rel. AUDPC)

2010

bc c

c 4

c c

c c c

ab a

a c

Oï

-Oï

bli Ru

rin

nit

Fio

isa

i-G

hit

i-G

-4

-3

-2

tg -2

sl -1

3b Pm

-1

Abb. 1 | Befallsstärke des echten Mehltaus in den Jahren 2009 (rote Balken) und 2010 (blaue Balken). Die statistische Auswertung (ANOVA) wurde für jedes Jahr getrennt durchgeführt. Gleiche Buchstaben zeigen statistisch vergleichbare Befallsstärken im jeweiligen Jahr an (Tukey HSD, P<0,02). Ährenbefall auf Bobwhite 7 c

c c

Ährenbefall (Note 1-9)

5 4 ab 3 2 a 1 0

Pm3b-1tg Pm3b-1sl Pm3b-2tg Pm3b-2sl Pm3b-3tg Pm3b-3sl Pm3b-4tg Pm3b-4sl

Bobwhite

Oï--

OïS

Abb. 2 | Ähreninfektion durch den echten Mehltau auf Bobwhite und den transgenen und nicht-transgenen Abkömmlingen. Die Buchstaben über den Balken zeigen die statistischen signifikanten Unterschiede zwischen den Genotypen an (Tukey HSD, P<0,02).

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301

Pflanzenbau | Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch

Frisal und die transgenen Abkömmlinge A9 und A13 wiesen im Jahr 2009 einen starken Mehltaubefall und im Jahr 2010 keinen Befall auf (Abb. 1). Der starke Befall im Jahr 2009 ist vermutlich auf die Gegenwart von virulenten Mehltaustämmen zurückzuführen. Die zusätzlichen Gene für Chitinase und Glukanase zeigten jedoch auch unter diesen Bedingungen keine Wirkung. Frisal und die transgenen Abkömmlinge zeigten keinerlei Ähreninfektionen. Abbildung 3 zeigt die Stärke der Infektionen durch Gelbrost in den beiden Versuchsjahren 2009 und 2010. Frisal und die transgenen Frisal Abkömmlinge zeigen in beiden Jahren nur ein sehr geringes Infektionsniveau. Bobwhite wurden in beiden Jahren befallen. Die Infektionsstärke wies keinen statistisch signifikanten Unterschied zu den transgenen Linien oder den nicht-transgenen Schwesterlinen auf mit Ausnahme der Linien

Pm3b-2tg. Die transgene Linie Pm3b-2tg zeigte in beiden Jahren das geringste Infektionsniveau zwischen den Bobwhitelinien. Der Unterschied ist jedoch nur im Jahr 2010 statistisch abgesichert. Um die Unterschiede zwischen den Bobwhitelinien besser zu verstehen, wurde im Jahr 2010 die Befallshäufigkeit, d.h. die Anzahl der Triebe mit Gelbrostsymptomen, ermittelt. Die Ergebnisse zeigen auch hier einen deutliche höhere Resistenz der Linie Pm3b-2tg im Vergleich zu Bobwhite und den anderen Bobwhitelinien (Abb. 4). Die Häufigkeit der Fusariuminfektionen im Jahr 2009 sind in Abbildung 5* dargestellt. Die Infektionen sind zwischen sämtlichen Sorten statistisch nicht signifikant, mit Ausnahme der Infektionsstandards Nadro *

Abbildung 5 ist unter http://tiny.cc/2012RAS_supplement verfügbar.

Befallsstärke 3,5 2009

2010

cd cd

2,5 cd cd

cd cd

cbd

cd c

1,5

ida

bli

rin

nit

Fio

l isa

i-G

hit

bw Bo

i-G

-4

tg Pm

3b Pm

-4

-3

-2

-1

0,5

ab abc

abc

ab ab

ab abc

Befallsstärke (AUDPC rel.)

Abb. 3 | Befallsstärke des Gelbrosts im Resistenztest in den Jahren 2009 und 2010. Gleiche Buchstaben über den Balken zeigen statistisch vergleichbare Befallsstärken an (Tukey HSD, P<0,02).

Befallshäufigkeit 14

Befallshäufigkeit (AUDPC rel.)

12 10

bcd

b ab

4 a

a h

sc et Al

ida

wh ite

Bo b

bli Ru

Ca sa

rin a Fio

nit

l isa Fr

A9 Ch i-G lu A1 3

i-G lu

sl -4

Pm 3b

tg -4 3b

-3

tg -3 3b

sl Pm

3b -2

tg -2 3b

sl -1 Pm

3b Pm

-1

Abb. 4 | Befallshäufigkeit des Gelbrosts auf den Trieben. Gleiche Buchstaben über den Balken zeigen statistisch vergleichbare Befallsstärken an (Tukey HSD, P<0,02).

302

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 298–305, 2012

Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch | Pflanzenbau

Tab. 3 | Kornqualität nach künstlicher Infektion mit Fusarium auf der Ähre. Statistischer Vergleich (Varianzanalyse) transgener und nichttransgener Linien der Weizensorten Bobwhite und Frisal. Linien und Sorten mit einem Resistenzniveau über dem Durchschnitt werden erwähnt. Bobwhite

Mycotoxingehalt (DON) Anteil Schrumpelkörner Tausendkorngewicht

Frisal

2009

2010

2009

2010

p=0,006

p=0,476 ns

p=0,004

p=0,003

Pm3b-1tg, Pm3b-4tg

-/-

Frisal

p=0,029

p=0,021

p=0,227

p=0,166

-/-

Pm3b-1sl, Pm3b-4tg

-/-

p=0,004

p=0,172

p=0,068

p=0,019

Pm3b-2sl, Pm3b-4sl

-/-

(sehr resistent) und Sonalika (sehr anfällig). Die transgenen Linien Pm3b-1tg und Pm3b-2tg wiesen geringfügig häufiger Infektionen auf als ihre jeweiligen Schwesterline Pm3b-1sl und Pm3b-2sl. Diese Unterschiede waren zwar statistisch nicht signifikant, konnte jedoch auch in den Versuchen im Jahr 2010 in der Kombination Pm3b-1tg – Pm3b-1sl beobachtet werden (Daten nicht gezeigt). Eine Infektion durch Fusarium kann auch die Kornqualität beeinträchtigen. Bei den geernteten Körnern wurden daher der Anteil an Schrumpfkörnern, das Tausendkorngewicht und die Verunreinigung durch das Fusariummykotoxin Deoxynivalenol untersucht. Die statistische Auswertung der gewonnenen Daten zeigt, dass es signifikante Unterschiede zwischen den Linien innerhalb der Bobwhite und der Frisal- Gruppen gibt (Tab. 3). Im Falle der DON Konzentrationen in der Frisal-Gruppe, reichern die Körner der Ursprungssorte deutlich weniger Mykotoxin an als die transgenen Abkömmlinge. Innerhalb der Bobwhite Gruppe konnten Unterschiede nur im Jahr 2009 festgestellt werden. Die transgenen Linien Pm3b-1tg und Pm3b-4tg haben im Jahr 2009 weniger Mykotoxine aufgewiesen als alle anderen Linien der Gruppe.

Diskussion In dieser Arbeit soll die Wirkung zusätzlicher Gene zur Verbesserung der Resistenz in Weizen an Hand der zwei Beispiele Pm3b Gen in Bobwhite und Chitinase /Glukanase Gene aus der Gerste in Frisal untersucht werden. Die transgenen Linien werden jeweils mit der Ursprungssorte verglichen. Im Falle der Pm3b Linien stehen ausserdem die Schwesterlinien zur Verfügung, welche nach dem Transformationsprozess das Transgen durch genetische Segregation verloren haben. Schwesterlinien und transgene Linien stammen somit vom gleichen transformierten Bobwhite-Embryo ab, haben den gleichen Transformationsprozess durchlaufen. Die Schwesterlinie haben jedoch das Transgen verloren. Mit Hilfe der

Schwesterlinien ist es daher möglich, eventuelle somaklonale Veränderungen oder Mutationen zu erkennen die auf den Transformationsprozess zurückzuführen sind und diese von den direkten Auswirkungen des Transgens zu trennen. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigen, dass die Einführung des Pm3b Gen in eine anfällige Sorte die Resistenz gegen den echten Mehltau im Freiland erhöht während die Schwesterlinen das gleiche Resistenzniveau aufweisen wie die Ursprungssorte Bobwhite. Dies wurde bereits von verschiedenen Autoren in unabhängigen Versuchen beschrieben und kann hier in einer neuen Umwelt bestätigt werden (Brunner et al. 2011; Foetzki et al. 2011; Alvarez-Alfageme et al. 2011). Das Auftreten der Ähreninfektion erlaubt weitergehende Einblicke in das Resistenzverhalten der transgenen Pflanzen. Ähreninfektionen treten auf bei besonders günstigen Infektionsbedingungen und auf anfälligen Sorten (Cunfer 2002) und verursachen vermutlich hohe Ertragsausfälle (Mascher et al. 2006). Bobwhite ist offensichtlich sehr anfällig. Die Präsenz des Pm3b Gens verhindert oder verzögert die Infektion. Die Linie Pm3b-3tg reagiert sehr uneinheitlich und zeigt eine grosse Standardabweichung (Abb. 2). Die Linie Pm3b-3tg exprimiert das Transgen sehr ungleichmässig von einem Individuum zum anderen. Brunner et al. (2011) beobachtet bei der Linie Pm3b-3tg dass die Aktivität des Transgens herunterreguliert ist («gene silencing»). Die hier beschriebenen Schwankungen der Resistenz könnten ebenfalls auf eine reduzierte Aktivität des Gens zurückgeführt werden. Die Grundlage der Resistenz gegen Ähreninfektionen ist noch nicht geklärt. Tatsächlich schützen monogenische Resistenzen nicht immer vor Ähreninfektion (Tyryshkin & Gashimov 2009). Die gemeinsame Wirkung von quantitativen und qualitativen Resistenzen spielt vermutliche eine grosse Rolle bei der Vermeidung von Ähreninfektionen. Zusätzliche, funktionierende Pm3b Gene verleihen unter den hier getesteten Bedingungen offensicht lich eine ausreichende Resistenz.

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Pflanzenbau | Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch

Die transgene Linie Pm3b-2tg zeigt in unseren Versuchen eine deutlich verbesserte Resistenz gegen den Gelbrost. Diese Resistenz limitiert nicht nur die Stärke und Ausbreitung der Infektion auf den Blättern, sondern verhindert auch die Einnistung des Pathogens auf dem Blatt. Brunner et al. (2011) berichten, dass die transgene Linie Pm3b-2tg das Pm3b-Gen am stärksten exprimiert. Es ist vorstellbar, dass bei einer sehr starken Expression des Gens ein anderers Pathogen die sekundären Resistenzmechanismen induzieren kann. Diese Hypothese muss allerdings auf den Gelbrost beschränkt werden, denn weder die Ährenfusariose noch andere Pathogene wie z.B. der Braunrost (P. triticina) oder Septoria Blatt- und Spelzenbräune (Phaeosphaeria nodorum, Mycosphaerella graminicola) wurden nennenswert gehemmt (Daten nicht gezeigt). Die Tatsache, dass das Pm3b Gen auch die Resistenz des Gelbrosts günstig beeinflusst, ist ein wichtiger Ausgangspunkt für weitere Studien über den Vergleich und mögliche Wechselwirkungen zwischen pflanzlichen Resistenzen gegenüber verschiedenen Erregertypen, Die zusätzlichen Chitinase und Glukanase Gene in der Sorte Frisal haben keine signifikante Verbesserung des Resistenzverhaltens gegenüber der Ursprungssorte Frisal gezeigt. Diese Beobachtungen werden durch Daten zur Infektionsstärke durch Echten Mehltau in einem halboffenen Gewächshaus bestätigt (AlvarezAlfageme et al. 2011). Im Gewächshaus waren die transgenen Chitinase und Glukanase Linien signifikant widerstandsfähiger gegen den echten Mehltau als die Ursprungssorte Frisal. Tatsächlich ist die Ausgangssorte Frisal bereits eine resistente Sorte. Bei hohem Befallsdruck durch virulente Stämme, wie dies vermutlich im Jahr 2009 der Fall war, zeigten die zusätzlichen Resistenzgene in Frisal keinen Effekt. Eine Verbesserung der Resistenz gegen den Gelbrost konnte nicht ausgemacht werden, denn die Ursprungssorte Frisal ist auch gegen die verwendeten Gelbrostisolate bereits resistent. Die Resistenz gegen die Ährenfusariose ist quantitativ und muss sorgfältig mit verschiedenen Parametern gemessen werden. In dieser Studie haben wir sowohl die Infektionsstärke als auch die Infektionshäufigkeit während der Saison erhoben. Nach der Ernte wurden die Formveränderungen des Korns (Schrumpelkörner), Tausendkorngewicht und die Anreicherung des Mykotoxins Deoxynivalenol (DON) in den Körnern erhoben. Zusätzliche Chitinase und Glukanase Gene in Frisal haben kaum einen dieser Infektionsparameter günstig beeinflusst. Sogar im Gegenteil, Körner der Sorte Frisal reichern offensichtlich weniger DON an als die Körner ihrer transgenen Abkömmlinge. In transgenen Bobwhitelinien mit zusätzlichen Chitinase und Glukanase Genen wurde

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ebenfalls die Resistenz gegen die Ährenfusariose getestet (Mackintosh et al. 2007). In dieser Arbeit wurden die gleichen Infektionsparameter erhoben wie hier. Interessanterweise, wurden verschiedene Resistenztypen und Resistenzkombinationen gefunden. Die moderne Züchtung basiert grösstenteils auf der klassischen Pedigree-Züchtung (Fossati & Brabant 2003). Die Erkenntnisse aus der Genforschung erhalten zunehmende Wichtigkeit bei der Auswahl guter Elternsorten und bei folgenden Sortenzüchtung (Moullet et al. 2008). Die Erkenntnisse aus diesen Versuchen helfen die Funktionsweise von Resistenzgenen zu verstehen und in der Praxis zu verwenden. R-Gene, wie Pm3b, werden routinemässig in modernen Weizensorten verwendet. Die Verbesserung der Sorten durch quantitative Resistenzen ist eine der grossen Herausforderungen der Zukunft. Die Kenntnis über die unbeständige Wirkung von zusätzlichen Chitinase und Glukanase Genen im Weizen zeigt, dass die genetische Basis quantitativer Resistenzen komplexer ist als bis anhin angenommen.

Schlussfolgerungen ••Die Einbringung des Pm3b Gens erhöht die Resistenz der Sommerweizensorte Bobwhite gegen den Echten Mehltau des Weizens. ••Interessanterweise wirkt dieses zusätzliche Gen auch gegen Ähreninfektionen. ••Die transgene Bobwhite Linie Pm3b-2tg zeigt auch eine deutliche Verbesserung gegen den Gelbrost (Puccinia striiformis). ••Zusätzliche Glukanase und Chitinase Gene haben unter den getesteten Bedingungen im Feld keine deutlichen Resistenzverbesserungen gezeigt. ••Resistenzen gegen die Ährenfusariose wurden nicht verändert. ••Diese Arbeiten helfen die Funktion und die Grenzen von Resistenzgenen besser zu verstehen und unterstützen damit die klassische Züchtung resistenter n Pflanzen.

La resistenza di linee transgeniche di frumento contro malattie crittogamiche in prove in campo Il trasferimento di geni di resistenza supplementari attraverso la transgenesi permette di meglio comprendere il funzionamento di questi geni e la loro interazione con altri geni della pianta. Questo studio esamina la resistenza di diverse linee di frumento contro oidio, ruggine gialla e fusiariosi della spiga. Esso studia da un lato il gene di resistenza specifica Pm3b proveniente dalla varietà locale Chul trasferito alla varietà Bobwhite e, da l’altro, la resistenza quantitativa, non-specifica, apportata dai geni chitinasi e glucanasi provenienti dall’orzo e trasferiti sulla varietà di frumento Frisal. Le prove sono state condotte sotto forte pressione d’infezione in modo da confrontare il livello di resistenza della linea transgenica con la varietà di origine non modificata. Nel caso dei discendenti Pm3b di Bobwhite, è stato possibile inoculare le linee sorelle non transgeniche. Queste linee sorelle hanno subito lo stesso processo di trasformazione, ma hanno in seguito, perso il transgene attraverso segregazione dopo rigenerazione con semente della pianta. I risultati mostrano che il gene supplementare Pm3b migliora considerevolmente la resistenza verso le infezioni provocate dall’oidio, sia su foglia, sia su spiga. In modo inatteso una linea transgenica mostra anche una migliore resistenza verso la ruggine gialla. Per contro, la resistenza alla fusariosi della spiga non è assolutamente influenzata dalla presenza o dall’assenza del transgene. I geni supplementari chitanasi e glucanasi non hanno mostrato alcuna efficacia sulla resistenza delle piante transgeniche. Le conoscenze acquisite attraverso queste prove sono molto utili per la selezione classica di varietà resistenti.

Summary

Riassunto

Die Resistenz transgener Weizenlinien gegen Pilzkrankheiten im Feldversuch | Pflanzenbau

The resistance of transgenic wheat lines against fungal infections in field trials The transfer of additional resistance genes by transgenesis allows to better understand their function and interactions with the other genes of the plant. This study examines the resistance of different wheat lines against powdery mildew, stripe rust and Fusarium head blight. On the one hand, the race specific resistance gene Pm3b of the wheat landrace Chul has been transferred to the variety Bobwhite, on the other hand, non specific, quantitative resistance provided by chitinase and glucanase genes has been added to the variety Frisal. The trials have been realized under strong infection pressure in order to compare the resistance level of the transgenic lines with their original varieties. In the case of Pm3b descendants, it was possible to include non-transgenic sister lines. The sister lines underwent the same transformation process as the transgenic lines but the transgene was lost after regeneration of the plant by seeds due to segregation. The results show that the additional Pm3b improves considerably the resistance against powdery mildew infections on leaves but also on the ears. Surprisingly, one of the transgenic lines displays improved resistance against stripe rust. Resistance against Fusarium head blight is not affected by the presence or absence of the transgene. Additionally introduced chitinase and glucanase genes did not improve the resistance improvement under the present experimental conditions. The new insight obtained with the present trials are useful for the classical breeding of resistant varieties. Key words: powdery mildew, stripe rust, Fusarium head blight, somaclonal variations, efficiency, side effects.

Literatur Literatur und zusätzliche Informationen unter http://tiny.cc/2012RAS_supplement.

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P f l a n z e n b a u

Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in landwirtschaftlichem Grasland kontrollieren? Matthias Suter1,2, Cornel J. Stutz1, Rafael Gago2 und Andreas Lüscher1 Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, 8046 Zürich 2 Arbeitsgemeinschaft zur Förderung des Futterbaus AGFF, 8046 Zürich Auskünfte: Matthias Suter, E-Mail: matthias.suter@art.admin.ch, Tel. +41 44 377 75 90

Abb. 1 | Bestand mit grosser Population von Senecio aquaticus . (Foto: Karl Waser, BBZN Schüpfheim)

Einleitung Wasser-Kreuzkraut (Senecio aquaticus Hill; auch WasserGreiskraut genannt) wird in der Schweiz und dem nahen Ausland in den letzten Jahren vermehrt im landwirtschaftlich genutzten Grasland mittlerer und hoher Nutzungsintensität beobachtet (Bosshard et al. 2003; Suter und Lüscher 2008). Die Art kann lokal in grosser Zahl auftreten (Abb. 1) und dabei zu einer Bedrohung für die Nutztiere werden, da sie giftige Pyrrolizidin-Alkaloide enthält (Röder et al. 1990). S. aquaticus hat ein hohes Potenzial sich in Wiesen und Weiden auszubreiten. Jedes Individuum bildet pro Jahr mehrere hundert Samen mit einem Pappus, welcher die Verbreitung durch den Wind ermöglicht. Die Blattrosette bleibt auch während der Blüte erhalten (Abb. 2) und die Art ist fähig, bereits zwanzig Tage nach dem

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Mähen wieder Stängel mit Blüten zu bilden (Suter und Lüscher 2008). Die bodennahe Rosette wird durch Schnitt kaum erfasst, weshalb S. aquaticus durch häufige Mahd nicht zurückgedrängt werden kann. Suter und Lüscher (2007) konnten zeigen, welche Flächen ein erhöhtes Risiko für den Befall mit S. aquaticus aufweisen und kamen zum Schluss, dass auch die Bewirtschaftung eine Rolle spielt. Insbesondere Parzellen mit veränderter Nutzungsintensität und grossen Bestandeslücken stellen ein Risikofaktor dar. Jede nachhaltige Regulierung sollte deshalb mit einer angepassten Bewirtschaftung verbunden sein. Herbizide scheinen eine kurzfristige Wirkung zu zeigen, deren längerfristiger Erfolg ist jedoch nicht bekannt. Bis heute fehlen wirksame und länger anhaltende Kontrollmassnahmen, um auf landwirtschaftlichen Flächen auch grosse Populationen von S. aquaticus wirksam zurückzudrängen.

Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren? | Pflanzenbau

Versuche zur Bekämpfung von Wasser-Kreuzkraut Im Zentrum der Verbreitung von S. aquaticus in der Schweiz wurden an fünf Standorten mehrere Regulierungsmassnahmen getestet. An jedem Standort wurde im Frühjahr 2007 eine Versuchsfläche ausgewählt, welche seit mehr als zehn Jahren als Naturwiese bewirtschaftet wurde und beim Beginn der Versuchsdurchführung mehr als zehn Individuen von S. aquaticus pro Quadratmeter aufwies. Die fünf Versuchsflächen deckten eine grosse Bandbreite an Bodenbedingungen, Düngung und Nutzungsfrequenzen ab (Tab. 1); weitere Details zu Standort und Umweltbedingungen sind in Suter und Lüscher (2011) zu finden. Sechs Verfahren wurden getestet: Pflügen bis maximal 25 cm Tiefe mit anschliessender Bodenbearbeitung und Ansaat der Standardmischung (SM) 442 (Suter et al. 2008), Fräsen bis 15 cm Tiefe mit Ansaat (SM 442), Anwendung eines selektiven Herbizides gegen Kräuter (Banvel Extra; 6 l pro ha; Wirkstoffe: MCPA + MecopropP + Dicamba), Ausreissen oder Ausstechen aller Kreuzkrautpflanzen, Reduzierung der Bewirtschaftungsintensität zu einer jährlichen Mahd und eine unbehandelte Kontrolle, welche die Fortführung des Status Quo darstellte. Die Verfahren wurden im Juni 2007 auf Versuchsparzellen von 3 m x 5 m in drei Replikationen etabliert, wobei die Hälfte der Parzellenfläche (3 m x 2,5 m) im Juli 2007 und April 2008 mit SM 442 übersät wurde (SplitPlot-Anlage). Jährlich einmalige Mahd wurde nur im September geschnitten und erhielt keinen Dünger, wohingegen alle anderen Massnahmen (inkl. Kontrolle) zweimal jährlich gemäht wurden und eine Düngung von 30 kg Stickstoff, 9 kg Phosphor und 14 kg Kalium pro ha 

Zusammenfassung

Material und Methoden

Wasser-Kreuzkraut (Senecio aquaticus Hill) wird zunehmend im landwirtschaftlichen Grasland festgestellt; die Art ist für Nutztiere giftig. Zur Regulierung von S. aquaticus wurden in einem Feldexperiment auf fünf Betrieben der Schweiz sechs Verfahren getestet: Neuansaat einer Wiesenmischung nach Pflügen, Neuansaat nach Fräsen, Applikation eines selektiven Herbizides, Ausreissen oder Ausstechen, Extensivierung zu einer jährlichen Mahd und eine unbehandelte Kontrolle. Zudem wurde die Samenbank von S. aquaticus im Boden untersucht. Kurzzeitig hatten Herbizidapplikation und jährlich einmalige Mahd die beste Wirkung und reduzierten die Anzahl Individuen von S. aquaticus um maximal 88 %; für die übrigen Massnahmen wurde keine eindeutige Wirkung festgestellt. Drei Jahre nach der Anwendung wurde jedoch auch mit den erfolgreichsten Massnahmen keine Reduktion von S. aquaticus im Vergleich zur Kontrolle bei Versuchsbeginn erreicht. S. aquaticus bildete grosse Bodensamenbanken mit mehr als 1000 keimfähigen Samen pro Quadratmeter. Diese trugen zum Misserfolg der Regulierungsmassnahmen bei, da alle eliminierten Individuen der Art durch Samenkeimung mit neuen Pflanzen ersetzt wurden. Wir schliessen daraus, dass die Regulierung von grossen Populationen von S. aquaticus eine beträchtliche Herausforderung darstellt. Massnahmen müssen wiederholt und über mehrere Jahre angewandt werden bis die Samenbank erschöpft ist.

Tab. 1 | Umwelt-, Boden- und Bewirtschaftungsverhältnisse der fünf Standorte mit Versuchsflächen zur Regulierung von Senecio aquaticus . Alle Standorte liegen im Zentrum der geographischen Verbreitung von S. aquaticus in der Schweiz.

Standort

m ü. M.

C organisch

Phosphor AAE

Kalium AAE

N-gedüngt

Nutzungsfrequenz

[%]‡

[mg/kg]*

[kg ha−1 Jahr−1]**

[Jahr−1]***

Kriens I

810

6,1

13,5

93,7

Kriens II

800

4,5

21,2

91,7

136

Kriens III

810

7,1

10,0

83,4

Rothenthurm

910

27,4

86,0

240,2

Sattel

780

6,3

26,0

128,2

†

Bio-Betrieb Bodentextur und -nährstoffe wurden im Frühling 2007 vor Versuchsbeginn erhoben. Die Analysen sind im Detail in Suter & Lüscher (2008) beschrieben *AAE: Ammonium Acetat EDTA Extraktion **Pflanzenverfügbarer gedüngter Stickstoff; Durchschnitt 2004−2006 ***Nutzungsfrequenzen bis 2006

† ‡

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Pflanzenbau | Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren?

Abb. 2 | Senecio aquaticus wird 20 bis 50 cm gross und bildet eine bodennahe Blattrosette, die während der Blüte weitgehend intakt bleibt. Einzelne Individuen bilden pro Jahr mehrere hundert Samen mit einem Pappus, der die Windverbreitung ermöglicht. (Foto: ART)

und Jahr erhielten. Um den Einflug und die Verbreitung von Samen zu verhindern wurden die Versuchsparzellen von Juni bis September mit einem 1 m hohen Kunststoffnetz umgeben (4 mm Maschenweite). Im Mai 2007, vor der Anwendung der Massnahmen, wurden alle Individuen von S. aquaticus auf vier Quadratmetern pro Versuchsparzelle gezählt; diese Zählung wurde im September/Oktober 2007, 2008 und 2009 wiederholt. Zudem wurden im Juli 2008 auf der gleichen Erhebungsfläche die blühenden Individuen der Art gezählt. Dies sollte aufzeigen, in welchem Masse S. aquaticus fähig ist, bereits ein Jahr nach der Anwendung von Regulierungsmassnahmen wieder Samen zu bilden. Die Daten wurden mit Generalisierten Linearen Modellen ausgewertet, wobei die Anzahl Pflanzen vor Beginn des Versuchs als Kovariable ins Modell aufgenommen wurde. Schliesslich wurden im Mai 2007 in den Kontrollparzellen aller fünf Versuchsflächen Bodenproben gesto-

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chen. Die Proben wurden nach Ter Heerdt et al. (1996) aufbereitet und die Samen in einem Gewächshaus während einer Periode von acht Wochen zur Keimung gebracht (mittlere Tages-/Nachttemperatur: 24/18 °C). Die Keimlinge von S. aquaticus wurden bestimmt, wenn sie 2 bis 3 cm gross waren (Keimblätter und ein weiteres Blattpaar sichtbar), was eine sichere Identifizierung erlaubte.

Resultate Trotz Kurzzeiteffekten geringe Wirkung nach drei Jahren Vier Monate nach der Anwendung vermochten Herbizid applikation (P < 0,001) und jährlich einmalige Mahd (P < 0,01) die Anzahl Individuen von S. aquaticus am deutlichsten zu reduzieren (Abb. 3, Jahr 1). Ausreissen/Ausstechen reduzierte S. aquaticus kaum, ebenso Pflügen mit Neuansaat, wohingegen nach Fräsen mit Neuansaat die

Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren? | Pflanzenbau

Anzahl Individuen von Senecio aquaticus m-² (log-Skala)

200

100

** * ns

ns ns

ns 50

ns ns •

•

ns ns

** ***

*** ns

10 **

Unbehandelte Kontrolle

Pflügen Fräsen

***

Herbizid

Ausreissen/Ausstechen Jährlich einmalige Mahd

1 Jahr 1

Jahr 2

Jahr 3

Abb. 3 | Wirkung von sechs Regulierungsmassnahmen auf die Anzahl Individuen von Senecio aquaticus . Gezeigt sind Mittelwerte basierend auf einem Generalisierten Linearen Modell. Jahr 1 zeigt den Kurzzeiteffekt vier Monate nach der Anwendung der Massnahmen. SE = 1 Standardfehler; — = Level der Kontrolle in Jahr 1 und 3. Die Mittelwerte wurden zwischen den Jahren und in Jahr 1 und 3 gegen die Kontrolle getestet. ***: P ≤ 0,001; **: P ≤ 0,01; *: P ≤ 0,05; •: P ≤ 0,1; ns: nicht signifikant.

Anzahl der Individuen anstieg. Generell verminderten alle Regulierungsmassnahmen den Rosettendurchmesser, wobei der Effekt nach Herbizidapplikation deutlich signifikant war (Tab. 2, Jahr 1). Diese Kurzzeiteffekte als auch die nachfolgend aufgeführten Dreijahreseffekte waren an allen fünf Standorten feststellbar (für Standortanalyse siehe Suter und Lüscher 2011). Die Häufigkeit von S. aquaticus nahm über die drei Versuchsjahre generell zu (Abb. 3). Zum Beispiel konnten nach Herbizidapplikation im zweiten Jahr signifikant mehr Individuen als in Jahr 1 festgestellt werden (P < 0,001), und eine ähnliche Zunahme zeigte sich mit jährlich einmaliger Mahd beim Vergleich von Jahr 2 und 3 (P < 0,01). Dessen ungeachtet war ein Carryover-Effekt sichtbar und die kurzzeitig effektivsten Massnahmen waren auch nach drei Jahren am erfolgreichsten. Generell war die Anzahl Individuen von S. aquaticus nach drei Versuchsjahren im gleichen Bereich oder höher als die unbehandelte Kontrolle im Jahr 1. In keinem der Jahre konnte ein signifikanter Effekt von Übersaat auf die Anzahl der Individuen von S. aquaticus festgestellt werden (P > 0,5; keine weiteren Resultate gezeigt). Der Rosettendurchmesser war im Jahr 3 nur nach Pflügen

und jährlich einmaliger Mahd reduziert, nach Herbizidapplikation waren die Rosetten sogar grösser (Tab. 2). Die Anzahl der blühenden Individuen von S. aquaticus im zweiten Versuchsjahr war eng mit der Anzahl der 

Tab. 2 | Effekt von Regulierungsmassnahmen auf den Rosettendurchmesser (cm) von Senecio aquaticus . Gezeigt sind Mittelwerte aller gezählter Individuen von drei Versuchsparzellen je Massnahme an fünf Standorten; die Mittelwerte wurden in jedem Jahr gegen die Kontrolle getestet. Jahr 1 zeigt den Kurzzeiteffekt vier Monate nach der Anwendung der Massnahmen. Regulierungsmassnahme

Jahr 1

Jahr 3

Unbehandelte Kontrolle

11,1 (±0,82)

9,3 (±0,25)

Pflügen

8,8 (±0,70)†

8,3 (±0,21)*

Fräsen

8,7 (±0,57)†

9,3 (±0,43)ns

Herbizid

5,2 (±0,11)***

11,2 (±0,23)***

Ausreissen/Ausstechen

8,9 (±0,50)ns

9,5 (±0,29)ns

Jährlich einmalige Mahd

10,4 (±0,94)ns

7,7 (±0,37)***

***: P ≤ 0,001; **: P ≤ 0,01; *: P ≤ 0,05; †: P ≤ 0,1; ns: nicht signifikant

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Pflanzenbau | Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren?

Blühende Individuen von Senecio aquaticus m-²

12 ns

8 *

***

Jährlich einmalige Mahd

Ausreissen/ Ausstechen

Herbizid

Fräsen

Pflügen

Unbehandelte Kontrolle

*** 0

Abb. 4 | Anzahl blühende Individuen von Senecio aquaticus im zweiten Versuchsjahr, das heisst ein Jahr nach Anwendung der Regulierungsmassnahmen. Gezeigt sind Mittelwerte (± 1 Standardfehler) basierend auf einem Generalisierten Linearen Modell. Die Mittelwerte wurden gegen die Kontrolle getestet. ***: P ≤ 0,001; *: P ≤ 0,05; ns: nicht signifikant.

vegetativen Pflanzen im Jahr 1 korreliert (Abb. 4 & 3; R2 = 0,88; P < 0,001). Im Besonderen konnten nach Herbizidapplikation und jährlich einmaliger Mahd signifikant weniger, jedoch nach Pflügen und Fräsen gleiche Werte wie bei der Kontrolle beobachtet werden. Grosse Samenbank im Boden Senecio aquaticus bildete im Oberboden (0−10 cm) mit durchschnittlich 1025 keimfähigen Samen pro Quadratmeter grosse Bodensamenbanken (Tab. 3), wobei die Unterschiede zwischen den Standorten und die grossen Standardfehler auf eine grosse räumliche Variation hinweisen. In der tieferen Bodenschicht (20−30 cm) wurden von S. aquaticus in den untersuchten Naturwiesen praktisch keine Samen gefunden.

Diskussion Diese Arbeit untersuchte mehrere Massnahmen zur Kontrolle von etablierten Populationen von S. aquaticus. Nach drei Jahren zeigte keine der Massnahmen einen überzeugenden Erfolg; gleichzeitig wurde eine grosse Bodensamenbank von S. aquaticus gefunden, und wir argumentieren, dass beide Resultate eng miteinander

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zusammenhängen. S. aquaticus wird als zweijährige Art beschrieben (Hess et al. 1977). Um die Populationsgrösse stabil zu halten, wächst jährlich ein Teil der Pflanzen aus Samen auf, was eine effiziente Samenproduktion voraussetzt. Ein Teil dieser Samen bleibt für längere Zeit keimfähig und bildet im Boden eine Samenbank. Wenn die Umweltbedingungen gegeben sind, kann S. aquaticus aus dieser Bodensamenbank permanent keimen. Mit über 1000 Samen pro Quadratmeter war die Bodensamenbank von S. aquaticus verglichen mit anderen Arten ähnlicher Habitate gross (Wellstein et al. 2007). Zudem zeigt die Art ein sehr effizientes Keimverhalten: Die Samen keimen schnell, haben eine Keimfähigkeit von über 70 %, und auch nach zwei Jahren im Boden ist die Keimung nicht vermindert (Suter und Lüscher 2012). Bestehen Lücken im Bestand, wird S. aquaticus durch schnelle Keimung einer grossen Anzahl an Samen die vorhandenen Ressourcen zum eigenen Vorteil ausnützen können. Da solches Verhalten in frühen Wachstums phasen mit der Häufigkeit einer Art im Bestand korreliert ist (Howard und Goldberg 2001), kann die effiziente und schnelle Keimung von S. aquaticus verbunden mit der grossen Bodensamenbank die generelle Zunahme in den Versuchsflächen erklären.

Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren? | Pflanzenbau

Tab. 3 | Keimfähige Samen von Senecio aquaticus im Oberboden (0 – 10 cm) und einer tieferen Bodenschicht (20−30 cm) an fünf Versuchsstandorten. Gezeigt sind Mittelwerte (n = 3; ± 1 Standardfehler). Standort

Bodentiefe 0−10 cm

20−30 cm

Kriens I

458 (± 253,5)

Kriens II

1542 (± 480,5)

42 (± 41,7)

Kriens III

1792 (± 1358,5)

Rothenthurm

1208 (± 546,5)

125 (± 125,0)

‡

Sattel

‡ Keine Daten von Sattel, da sehr flachgründiger Boden

Die Keimung von S. aquaticus aus der Bodensamenbank muss in unserem Versuch durchgehend geschehen sein, und ist am besten bei Ausreissen/Ausstechen erkennbar. Bei dieser Behandlung wurden alle Individuen der Art, auch kleine Keimlinge, vollständig entfernt; vier Monate nach dieser Massnahme war jedoch ungefähr die gleiche Anzahl von S. aquaticus zu finden wie davor. Wenn viele Pflanzen ausgerissen oder ausgestochen werden, entstehen Lücken im Bestand, was die Keimung fördert (Silvertown und Smith 1989). Ausreissen/Ausstechen kann also nur bei wenigen Individuen empfohlen werden. Bei hoher Abundanz ist die Störung des Bodens so gross, dass durch die Verfügbarkeit von Licht die Keimung von S. aquaticus gefördert wird. Herbizide waren in Übereinstimmung mit Forbes (1977) für ein Jahr erfolgreich. Bereits im zweiten Jahr lag die Anzahl der Individuen von S. aquaticus jedoch wieder im Bereich der Kontrolle zu Beginn. Es könnte gut sein, dass einerseits kleine Keimlinge im Schutze der Blattrosetten vom Wirkstoff nicht erfasst wurden, andererseits können durch das Absterben aller Kräuter Lücken im Bestand entstanden sein. In beiden Fällen werden Samen oder kleine Individuen von S. aquaticus von neu vorhandenem Licht und Platz profitiert haben und aufgewachsen sein. Für die verstärkte Keimung spricht insbesondere auch, dass im Jahr 1 viele kleine Pflanzen zu finden waren (Tab. 2), die auch im Jahr 2 die kritische Rosettengrösse zur Bildung von Blütenstängeln noch nicht erreicht hatten (Abb. 4). Pflügen zeigte keine befriedigenden Resultate, obwohl es im Ackerbau zur Unkrautregulierung erfolgreich eingesetzt wird. Da der Boden im Dauergrasland nicht bearbeitet wird, würde man hier von einmaligem

Pflügen eine bessere Wirkung erwarten als im Ackerland mit permanenter Bodenbearbeitung, da in nicht gepflügten Flächen in tieferen Bodenschichten weniger Samen gefunden werden als in Äckern (Hoffman et al. 1998). Das zwiespältige Resultat könnte durch eine zu tiefe Saatbettvorbereitung erklärt werden, welche die Samen von S. aquaticus wieder an die Bodenoberfläche brachte. Auch muss bei Pflügen als Kontrollmassnahme der Vorschäler eher tief eingestellt werden, damit die Grasnarbe vollständig in die Tiefe befördert wird. Weitere Restriktionen sind durch die Umweltbedingungen wie steile oder feuchte Flächen gegeben. Lassen es die Bedingungen zu, kann tiefes Pflügen, eine Saatbettvorbereitung nur der obersten Bodenschicht und Neuansaat zur Kontrolle von S. aquaticus versucht werden. Aufgrund der vorliegenden Resultate kann jedoch keine Sicherheit über den Erfolg abgegeben werden. Während die Konkurrenz des Bestandes gegenüber S. aquaticus mit Ausreissen/Ausstechen bestehen blieb, wurde dieser Faktor mit Fräsen vollständig eliminiert, gleichzeitig war die Störung des Bodens maximal. Es muss angenommen werden, dass S. aquaticus mit seinen sehr effizienten Keimeigenschaften (Suter und Lüscher 2012) unter diesen Bedingungen aus der Bodensamenbank schneller keimte als die neu angesäten Arten der Standardmischung. Dies hatte zur Folge, dass mit dieser Massnahme die Anzahl der Individuen als auch der blühenden Pflanzen zunahm. Der gute Erfolg von jährlich einmaliger Mahd kann auf die Akkumulation von Biomasse bis zum Mähtermin im September zurückgeführt werden. Im bewirtschafteten Grasland des Untersuchungsgebietes bildet S. aquaticus Stängel und Blüten mehrheitlich nach dem ersten Schnitt im Mai oder Juni. Wird mit diesem Schnitt bis zur Ende der Vegetationsperiode zugewartet, wird die Konkurrenz um Licht das Wachstum von S. aquaticus unterdrücken, denn die Blätter der Art sind in einer bodennahen Rosette konzentriert (Abb. 2) und die Pflanzen sind mit 20 bis 50 cm Höhe kleiner als viele andere Graslandarten. Mit jährlich einmaliger Mahd erreichten viele Rosetten von S. aquaticus die kritische Grösse zur Stängelbildung nicht, was auch durch die geringe Anzahl blühender Individuen im Jahr 2 gezeigt wurde (Abb. 4). Zudem war mit einer einzigen späten Mahd die Störung des Bodens und damit die Förderung der Samenkeimung gering und die Beschattung allfälliger Keimlinge sehr ausgeprägt. Der längerfristige Erfolg auch dieser Behandlung muss jedoch offen bleiben (Abb. 3), vor allem, wenn diese die einzige Massnahme bleibt. Ausserdem ist eine Extensivierung mit sinkenden Futtererträgen und einer Veränderung des Bestandes verbunden, was in der Regel nicht erwünscht ist.

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Pflanzenbau | Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren?

Die im ersten Jahr erfolgreichsten Regulierungsmassnahmen zeigten auch im dritten Jahr noch die beste Wirkung. Allerdings lag die Anzahl Individuen von S. aquaticus nach drei Jahren bei allen Massnahmen im Bereich der unbehandelten Kontrolle bei Versuchsbeginn oder höher (Abb. 3). In unserem Experiment wurden die blühenden Pflanzen in Übereinstimmung mit der bisherigen Praxis nicht spezifisch geschnitten. Dies hatte zur Folge, dass einige Individuen ihren Lebenszyklus vollenden und Samen bilden konnten, welche durch Keimung die Individuenzahl von S. aquaticus zusätzlich erhöhten. Dies ist besonders gut an der Kontrolle erkennbar, welche lediglich zweimal jährlich gemäht wurde; auch dort nahm S. aquaticus über die drei Versuchsjahre zu. Wird die Samenbildung von S. aquaticus also nicht unterbunden, muss mit einer Zunahme der Populationsgrösse in landwirtschaftlichem Grasland gerechnet werden. Dieser Effekt wird durch Lückenbildung und Störungen des Bodens verstärkt (Suter und Lüscher 2008). Da S. aquaticus bereits 20 Tage nach Schnitt wieder blüht, ist auch eine Bewirtschaftungsintensivierung keine Option: Nutzungsfrequenzen, welche die Samenbildung der Art verhindern, würden die gewünschten Futterpflanzen sehr stark beeinträchtigen. Schliesslich muss festgehalten gehalten werden, dass auch die beiden erfolgreichsten Massnahmen – Herbizidapplikation und jährlich einmalige Mahd – nach einmaliger Anwendung letztlich zu wenig effizient waren. Auch hier überlebten immer noch einige KreuzkrautIndividuen (Abb. 3 | 1 Pflanze pro m² = 10 000 pro ha) und weitere keimten aus der Bodensamenbank.

Literatur ▪▪ Bosshard A., Joshi J., Lüscher A. & Schaffner U., 2003. Jakobs- und andere Kreuzkraut-Arten: eine Standortbestimmung. Agrarforschung 10 (6), 231–235. ▪▪ Forbes J.C., 1977. Chemical control of marsh ragwort (Senecio aquaticus Huds.) in established grasslands. Weed Research 17, 247–250. ▪▪ Hess H.E., Landolt E. & Hirzel R., 1977. Flora der Schweiz, 2nd edn. Birkhäuser, Basel, Schweiz. ▪▪ Hoffman M.L., Owen M.D.K. & Bühler D.D., 1998. Effects of crop and weed management on density and vertical distribution of weed seeds in soil. Agronomy Journal 90 (6), 793–799. ▪▪ Howard T.G. & Goldberg D.E., 2001. Competitive response hierarchies for germination, growth, and survival and their influence on abundance. Ecology 82 (4), 979–990. ▪▪ Röder E., Wiedenfeld H. & Kersten R., 1990. The Pyrrolizidine Alkaloids of Senecio aquaticus Huds. Scientia Pharmaceutica 58, 1–8. ▪▪ Sebald O., Seybold S., Philippi G. & Wörz A. (eds), 1999. Die Farn- und Blütenpflanzen Baden-Württembergs. Ulmer, Stuttgart, Deutschland. ▪▪ Silvertown J. & Smith B., 1989. Mapping the microenvironment for seed germination in the field. Annals of Botany 63 (1), 163–168.

312

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 306–313, 2012

Schlussfolgerungen Die Regulierung von etablierten Populationen von S. aquaticus mit grossen Bodensamenbanken wird eine grosse Herausforderung bleiben. Da S. aquaticus fähig ist, aus wenigen Individuen neue Populationen aufzubauen (Suter und Lüscher 2008), sollte in landwirtschaftlichem Grasland eine Nulltoleranz-Strategie angestrebt werden. Die Anwendung einer ersten Massnahme muss zum Ziel haben, die Anzahl der Pflanzen von S. aquaticus sehr stark zu reduzieren; danach müssen die überlebenden oder neu aufwachsenden Individuen durch Einzelstockbehandlung (Ausreissen, Herbizide) angegangen werden, was mehrere Jahre in Anspruch nehmen kann, bis die Bodensamenbank erschöpft ist (Suter und Lüscher 2011). Wir schliessen daraus, dass die effektivste Kontrolle von S. aquaticus das Entstehen von neuen Populationen in landwirtschaftlich genutztem Grasland verhindert und die Art angegangen werden muss, wenn sie mit wenigen Individuen im Bestand auftritt und noch keine Samenbank vorhanden ist. Der Aufbau einer Bodensamenbank sollte mit allen Mitteln verhindert werden. Die standortgerechte Bewirtschaftung von Wiesen und Weiden scheint entscheidend zu sein, um den Etablierungserfolg von S. aquaticus zu reduzieren. Nach Sebald et al. (1999) wächst die Art auf feuchten Flächen, die heutzutage intensiver als früher bewirtschaftet werden. Es sollte also bei solchen Flächen speziell auf eine angepasste Nutzungsfrequenz mit entsprechender Düngung und bodenschonende Bewirtschaftung geachtet n werden.

▪▪ Suter D., Rosenberg E., Frick R. & Mosimann E., 2008. Standardmischungen für den Futterbau. Agrarforschung 15 (10), 1–12. ▪▪ Suter M. & Lüscher A., 2007. Beeinflusst die Bewirtschaftung das Wasser-Kreuzkraut? Agrarforschung 14 (1), 22–27. ▪▪ Suter M. & Lüscher A., 2008. Occurrence of Senecio aquaticus in relation to grassland management. Applied Vegetation Science 11 (3), 317–324. ▪▪ Suter M. & Lüscher A., 2011. Measures for the control of Senecio aquaticus in managed grassland. Weed Research 51, 601–611. ▪▪ Suter M. & Lüscher A., 2012. Rapid and high seed germination and large soil seed bank of Senecio aquaticus in managed grassland. The Scientific World Journal DOI:10.1100/2012/723808. ▪▪ Ter Heerdt G.N.J., Verweij G.L., Bekker R.M. & Bakker J.P., 1996. An improved method for seed-bank analysis: Seedling emergence after removing the soil by sieving. Functional Ecology 10 (1), 144–151. ▪▪ Wellstein C., Otte A. & Waldhardt R., 2007. Seed bank diversity in mesic grasslands in relation to vegetation type, management and site conditions. Journal of Vegetation Science 18 (2), 153–162.

E’ possibile controllare il senecio acquatico nelle superfici inerbite agricole? Negli ultimi anni è stata osservata a più riprese la presenza di senecio acquatico (Senecio aquaticus Hill) nelle superfici inerbite agricole sfruttate. Questa specie è tossica per i bovini e altri animali da reddito. Per la regolazione del S. aquaticus sono stati testati, nell’ambito di una prova su campo in sei aziende svizzere, sei procedimenti: risemina di una miscela per prati dopo l'aratura, risemina dopo la fresatura, applicazione di un erbicida selettivo, sradicamento o taglio, gestione estensiva mediante un unico sfalcio annuo e una superficie di controllo non trattata. Inoltre è stata analizzata la banca di semi del S. aquaticus nel suolo. L'applicazione di erbicidi e lo sfalcio annuo unico hanno avuto a breve termine il miglior effetto e hanno ridotto il numero di individui di S. aquaticus fino ad un massimo dell' 88 %; per i restanti misure non è stato riscontrato alcun effetto evidente. Tre anni dopo l'applicazione anche attraverso i migliori provvedimenti non è stata osservata nessuna riduzione rispetto alla superficie di controllo non trattata all'inizio dell'esperimento. Lo S. aquaticus ha costituito una grande banca di semi nel suolo con più di 1000 semi germinabili per metro quadrato. Ciò ha contribuito all'insuccesso delle misure per la regolazione, poiché tutti gli individui della specie eliminati sono stati sostituiti, attraverso la germinazione, da nuove piante. Concludiamo che la regolazione di grandi popolazioni di S. aquaticus rappresenta una sfida considerevole. Le misure devono essere applicate ripetutamente per diversi anni fino a quando la banca di semi sia esaurita.

Summary

Riassunto

Lässt sich Wasser-Kreuzkraut in l andwirtschaftlichem Grasland kontrollieren? | Pflanzenbau

Can Senecio aquaticus be controlled in agricultural grassland? In recent years, Senecio aquaticus has become increasingly abundant in agricultural grassland of medium-to-high management intensity in Switzerland, Southern Germany and Austria, where its toxicity poses a threat to animal health. This study aimed to identify measures for controlling S. aquaticus. A detailed field experiment was set up at five sites in Switzerland to test the effectiveness of six treatments: ploughing followed by re-sowing with a ley mixture; harrowing followed by re-sowing; application of a selective herbicide; pulling or digging up individual specimens; mowing once a year; and a control in which no measure was applied. In addition, the soil the seed bank of S. aquaticus was recorded prior to the study. In the short-term, herbicide application and mowing once a year were the most effective measures for controlling S. aquaticus, reducing specimens by up to 88 %. No clear effects were observed for the remaining measures. Three years after application, the measures that were most effective in the short-term still performed best, but hardly any significant reduction was achieved compared to pre-treatment conditions. Because S. aquaticus formed large seed banks of over 1000 germinable seeds per m², elimination of individual plants resulted in germination and replacement with new seedlings, thereby contributing to the failure of the treatments. We therefore conclude that controlling established populations of S. aquaticus remains a challenge, requiring the repeated application of measures over several years until the seed bank is depleted. For this reason, the formation of populations with a soil seed bank of S. aquaticus should be prevented by any means. Key words: control measures, re-sowing, herbicide, pulling/digging, ploughing, one annual mowing.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 306–313, 2012

313

N u t z t i e r e

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 Ueli Wyss, Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP-Haras, 1725 Posieux Auskünfte: Ueli Wyss, E-Mail: ueli.wyss@alp.admin.ch, Tel. +41 26 407 72 14

Der Einsatz von wirksamen Konservierungsmitteln beim Pressen kann den Verderb verhindern, wenn das Futter noch nicht genügend t rocken ist.

Einleitung Bodenheu weist bei der Ernte nicht immer einen für eine problemlose Lagerung notwenigen Trockensubstanzgehalt auf. Schimmelbildung beziehungsweise eine starke Erwärmung sind die Folgen. Durch den Einsatz von Konservierungsmitteln kann der Futterverderb verhindert werden. Dabei ist die richtige Dosierung entscheidend für den Erfolg. Zudem stellt sich auch die Frage, wie die Verdichtung des Futters den Futterverderb und die Erwärmung beeinflusst.

314

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

Bei zwei verschiedenen TS-Gehalten wurde das Konservierungsmittel Selko Heu im Vergleich zu einer Negativkontrolle ohne Zusatz im Labormassstab getestet. Zusätzlich wurden bei der Negativkontrolle auch unterschiedliche Verdichtungen untersucht.

Material und Methoden Das Produkt Selko Heu ist ein nicht korrosives Säureprodukt auf der Basis von Propionsäure. Für die Versuche wurde Emd (4. Schnitt – gräserreicher, raigrasbetonter

Tab. 1 | Varianten und Dosierungen des geprüften Konservierungsmittels TS-Stufe

Behandlung

Dosierung pro Tonne Futter

Anzahl Behälter

Ohne Zusatz (Negativkontrolle)

–

Selko Heu

8 l bzw. 8,40 kg

Selko Heu

9 l bzw. 9,45 kg

Selko Heu

10 l bzw. 10,50 kg

Ohne Zusatz (Negativkontrolle)

–

Selko Heu

4 l bzw. 4,20 kg

Selko Heu

5 l bzw. 5,25 kg

Selko Heu

6 l bzw. 6,30 kg

TS-Stufe 1: 70 % TS-Stufe 2: 75 %

Bestand) auf zwei unterschiedliche TS-Gehalte (70 und 75 %) angefeuchtet. Das Produkt wurde bei beiden TSStufen in drei verschiedenen Dosierungen appliziert (Tab. 1). Als Negativkontrolle diente eine Variante ohne Zusatz. Jede Variante wurde dreimal wiederholt. Die Versuche wurden auf der von Meisser (2001) entwickelten Versuchsanlage im Labormassstab durch geführt. Dabei wurde das Futter in PVC-Behälter ein gefüllt. Für die Prüfung der verschiedenen Dosierungen des Konservierungsmittels wurde die Verdichtung von 200 kg Frischsubstanz pro m3 gewählt. Zusätzlich wurden bei der Negativkontrolle noch Verdichtungen von 175 und 150 kg/m3 untersucht. Jeder Behälter wurde mit einer Temperatursonde versehen. Während der Lagerdauer von 30 Tagen wurden alle 30 Minuten die Temperaturen gemessen und aufgezeichnet. Im Ausgangsmaterial sowie nach 30 Tagen Lagerung wurden die TS-Gehalte sowie verschiedene chemische Parameter bestimmt. Die Rohnährstoffe wurden mit dem NIRS bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mit einer Varianzanalyse  und dem Bonferroni-Test (Programm SYSTAT 12).

Zusammenfassung

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 | Nutztiere

Zur Konservierung von Feuchtheu werden in der Schweiz auf einigen Betrieben chemische Konservierungsmittel eingesetzt. Dabei sind genaue Kenntnisse bezüglich dem TS-Gehalt des Futters und die richtige Dosierung entscheidend für den Erfolg. In einem Versuch wurde die Wirksamkeit des Konservierungsmittels Selko Heu geprüft, das bei zwei verschiedenen TS-Gehalten jeweils bei drei unterschiedlichen Dosierungen eingesetzt wurde. Als Negativkontrolle diente eine unbehandelte Variante. Bei diesen Negativkontrollen wurden zusätzlich noch unterschiedliche Verdichtungen untersucht. Als Parameter wurden während der 30-tägigen Versuchsdauer kontinuierlich die Temperaturen gemessen sowie vor und nach dieser Periode die TS-Gehalte und verschiedene weitere Parameter analysiert. Bei beiden TS-Stufen erwärmte sich das unbehandelte Futter stark und war total verschimmelt. Die unterschiedlichen Verdichtungen zeigten, dass je stärker das Futter verdichtet ist, desto höher ist die Erwärmung und der Futterverderb. Im Gegensatz zur Negativkontrolle konnte durch den Zusatz von Selko Heu die Erwärmung und der Verderb des Futters bei den zwei geprüften TS-Stufen ganz oder teilweise verhindert werden. Die richtig Dosierung ist wichtig für den Erfolg.

Tab. 2 | Gehaltswerte im Ausgangsmaterial Varianten

TS-Stufe 1

TS-Stufe 2

TS-Gehalt

69,2

74,2

Rohasche

g/kg TS

102

Rohprotein

g/kg TS

182

187

Rohfaser

g/kg TS

224

241

Zucker

g/kg TS

ADF

g/kg TS

267

280

NDF

g/kg TS

453

473

4,3

5,0

NADF/T-N

ADF: Lignozellulose; NDF: Zellwände; NADF/ T-N: Anteil unlöslicher Stickstoff am Gesamtstickstoff

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

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Nutztiere | Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011

Resultate Temperaturen während der Lagerung Bei beiden TS-Stufen erwärmten sich die Varianten ohne Zusatz rasch und stark (Abb. 1 und 2). Beim feuchteren Dürrfutter vermochten alle drei geprüften Dosierungen von 8, 9 und 10 l des Konservierungsmittel Selko Heu die Erwärmung zu verhindern (Abb. 1). Dies war beim trockeneren Futter nicht der Fall. Hier konnten bei der

Ohne Zusatz

15,0

Dosierung mit 4 und auch mit 5 l eine leichte Erwärmung festgestellt werden. Nur bei der Dosierung mit 6 l fand keine Erwärmung statt (Abb. 2). Die zusätzlichen Untersuchungen mit den drei gewählten Verdichtungen zeigten bei beiden TS-Stufen, dass mit abnehmender Verdichtung des Futters sich dieses weniger stark erwärmte. Je weniger stark das Futter verdichtet ist, desto besser kann die Luft zirkulieren.

Selko Heu 8 l

Selko Heu 9 l

Selko Heu 10 l

14,0 Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur, °C

13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 0

144

192

240

288

336

384

432

480

528

576

624

672

720

624

672

720

Erhebungsdauer, Stunden Abb. 1 | Temperaturverlauf bei Feuchtheu ohne und mit Zusatz (Ausgangsmaterial 70 % TS).

Ohne Zusatz

Selko Heu 4 l

Selko Heu 5 l

Selko Heu 6 l

15,0 14,0 Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur, °C

13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 -1,0 0

144

192

240

288

336

384

432

480

Erhebungsdauer, Stunden Abb. 2 | Temperaturverlauf bei Feuchtheu ohne und mit Zusatz (Ausgangsmaterial 75 % TS).

316

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

528

576

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 | Nutztiere

TS-Gehalte und Rohnährstoffe Die TS-Gehalte und die Rohnährstoffe des Futters vor der Lagerung sind für beide TS-Stufen in Tabelle 2 aufgeführt. Obwohl Futter von der gleichen Parzelle verwendet wurde, waren die Faserfraktionen beim Futter mit dem höheren TS-Gehalt leicht höher. Identisch war hingegen der Zuckergehalt. Während der 30-tägigen Lagerung bildete sich durch den Verderb bei der feuchteren, unbehandelten Vari-

ante Wasser. Der TS-Gehalt war hier nach der Lagerung tiefer als beim angefeuchteten Ausgangsmaterial (Tab. 3). Bei den behandelten Varianten mit den drei verschiedenen Dosierungen waren die TS-Gehalte etwas höher als im Ausgangsmaterial. Hier hat eine Nachtrocknung stattgefunden. Zudem gab es bei den Rohnährstoffen mit Ausnahme vom Rohfasergehalt signifikante Unterschiede zwischen den behandelten Varianten und 

Tab. 3 | Chemische Parameter im Feuchtheu mit 70 % TS nach der Lagerung Ohne Zusatz

Selko Heu 8l

Selko Heu 9l

Selko Heu 10 l

Signifikanz

1,04

***

TS-Gehalt

57,1a

73,1b

73,3b

73,5b

Rohasche

g/kg TS

198

106

108

113

Rohprotein

g/kg TS

284 a

185b

Rohfaser

g/kg TS

240

Zucker

g/kg TS

ADF

g/kg TS

287a

274b

272b

275b

NDF

g/kg TS

500

482

474

487

3,7

NADF/T-N

30,5

4,2

4,3

Milchsäure

g/kg TS

0,0

7,1

7,5

Essigsäure

g/kg TS

0,0a

0,8b

Propionsäure

g/kg TS

0,0

5,7

36,3

1,1

TS-Verluste

1,1

***

186b

187b

1,3

***

237

238

1,5

n.s.

1,3

***

2,2

0,69

***

7,7

0,10

***

0,9b

0,02

***

6,3

7,0

0,13

***

0,9

-0,6

1,25

***

SE: Standardfehler; n.s.: nicht signifikant; * p<0,05; ** p<0,01; *** p<0,001 ADF: Lignozellulose; NDF: Zellwände; NADF/ T-N: Anteil unlöslicher Stickstoff am Gesamtstickstoff. Verschiedene Kleinbuchstaben auf derselben Zeile weisen auf signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der verschiedenen Verfahren bei der 5 %-Schwelle g emäss Bonferroni-Test hin.

Tab. 4 | Chemische Parameter im Feuchtheu mit 75 % TS nach der Lagerung Ohne Zusatz

Selko Heu 4l

Selko Heu 5l

Selko Heu 6l

Signifikanz ***

TS-Gehalt

74,4 a

79,5b

79,8b

80,6b

0,61

108

Rohasche

g/kg TS

126

111

109

3,4

Rohprotein

g/kg TS

224 a

191b

187b

188b

1,8

***

Rohfaser

g/kg TS

281a

257b

251b

242b

3,9

***

Zucker

g/kg TS

7,4

***

ADF

g/kg TS

334

299

279

265

5,4

***

NDF

g/kg TS

557a

505b

495b

480 b

7,4

***

NADF/T-N

9,9

4,9

4,1

3,9

0,29

***

Milchsäure

g/kg TS

0,0

4,5

7,2

7,5

0,60

***

Essigsäure

g/kg TS

0,0

0,1

0,5

0,7

0,13

Propionsäure

g/kg TS

0,0a

1,1ab

2,6bc

3,5c

0,39

13,2a

2,7b

-1,9b

-1,1b

1,07

***

TS-Verluste

a a

b bc

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

317

Nutztiere | Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011

Tab. 5 | Chemische Parameter im Feuchtheu mit 70 % TS nach der Lagerung und unterschiedlichen Verdichtungen 200 kg/m3

175 kg/m3

150 kg/m3

Signifikanz

TS-Gehalt

57,1a

64,9ab

69,8b

Rohasche

g/kg TS

198

183

150

Rohprotein

g/kg TS

284 a

Rohfaser

g/kg TS

240a

Zucker

g/kg TS

ADF

g/kg TS

287a

301ab

NDF

g/kg TS

500

521

542

1,77

5,6

272ab

244b

6,0

256b

271c

3,0

2,7

n.s.

318b

4,6

4,5

NADF/T-N

30,5

24,3

20,9

2,98

n.s.

TS-Verluste

36,3

26,1

20,9

3,39

Max. Temp. diff.

°C

13,2

10,2

5,6

0,64

***

SE: Standardfehler; n.s.: nicht signifikant; * p<0,05; ** p<0,01; *** p<0,001 ADF: Lignozellulose; NDF: Zellwände; NADF/ T-N: Anteil unlöslicher Stickstoff am Gesamtstickstoff Max. Temp. diff.: Maximale Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur. Verschiedene Kleinbuchstaben auf derselben Zeile weisen auf signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der verschiedenen Verfahren bei der 5 %-Schwelle g emäss Bonferroni-Test hin.

der Negativkontrolle. Auch der Anteil an unlöslichem Stickstoff am Gesamtstickstoff, der ein wichtiger Parameter zur Beschreibung des Denaturierungsprozesses ist, war bei der Negativkontrolle signifikant höher im Vergleich zu den drei behandelten Varianten. Nach Weiss et al. (1992) nimmt die Verdaulichkeit des Rohproteins mit zunehmendem Anteil an unlöslichem Stickstoff am Gesamtstickstoff ab. Ähnlich sah die Situation beim Futter mit dem höheren TS-Gehalt auf. Auch hier gab es Unterschiede bei den TSGehalten nach der Lagerung sowie bei den Rohnährstoffgehalten (Tab. 4). Zwischen den drei geprüften Dosierungen gab es zwar keine signifikanten Unterschiede, doch gewisse Trends wie ein tieferer Zuckergehalt oder ein höherer Anteil an unlöslichem Stickstoff am Gesamtstickstoff lassen sich mit abnehmender Dosierung dennoch erkennen. Die zusätzlichen Untersuchungen mit den drei gewählten Verdichtungen haben gezeigt, dass bei beiden TS-Stufen die TS-Gehalte nach der Lagerung unterschiedlich ausfielen (Tab. 5 und 6). Je stärker das Futter verdichtet war, desto intensiver war der Verderb und desto tiefer war der TS-Gehalt. Dies wirkte sich teilweise auch auf die Rohnährstoffe sowie auf den Anteil an unlöslichem Stickstoff am Gesamtstickstoff aus.

318

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

Gärsäuren In den Proben, die alle eine Verdichtung von 200 kg/ m3 aufwiesen, wurden die Gärsäuren bestimmt. In keiner Probe konnte Buttersäure nachgewiesen werden. Bei beiden TS-Stufen wurden bei den Negativkontrollen ohne Zusatz keine Milch-, Essig- und Propionsäure festgestellt (Tab. 3 und 4). Je mehr Konservierungsmittel zu dosiert wurde, desto mehr Propionsäure wies das Feuchtheu nach der 30-tägigen Lagerung auf. Doch auch die Milch- und Essigsäuregehalte stiegen mit zunehmender Dosierung des Konservierungsmittels leicht an. Dies zeigt, dass im behandelten Feuchtheu noch eine gewisse Milchsäuregärung stattfand. TS-Verluste Der Feuchtegehalt des Futters und der Zusatz der Konservierungsmittel wirkte sich stark auf die TS-Verluste aus. Die Verluste waren beim unbehandelten Futter bei beiden TS-Stufen bedeutend höher als bei den behandelten Varianten. Die Dosierung wirkte sich nicht signifikant auf die TS-Verluste aus (Tab. 3 und 4).

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 | Nutztiere

Tab. 6 | Chemische Parameter im Feuchtheu mit 75 % TS nach der Lagerung und unterschiedlichen Verdichtungen 200 kg/m3

175 kg/m3

150 kg/m3

Signifikanz

74,4 a

78,3ab

79,4b

0,94

TS-Gehalt

Rohasche

g/kg TS

126

123

119

3,6

n.s.

Rohprotein

g/kg TS

224a

209 b

199 b

2,8

Rohfaser

g/kg TS

281

274

279

4,1

n.s.

Zucker

g/kg TS

5,5

ADF

g/kg TS

334

313

321

5,0

n.s.

NDF

g/kg TS

557

562

7,1

n.s.

NADF/T-N

9,9

6,1

0,64

TS-Verluste

13,2

7,4

8,1

1,80

n.s.

Max. Temp. diff.

°C

12,3a

5,3b

4,7b

0,75

***

SE: Standardfehler; n.s.: nicht signifikant; * p<0,05; ** p<0,01; *** p<0,001 ADF: Lignozellulose; NDF: Zellwände; NADF/ T-N: Anteil unlöslicher Stickstoff am Gesamtstickstoff Max. Temp. diff.: Maximale Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur. Verschiedene Kleinbuchstaben auf derselben Zeile weisen auf signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten der verschiedenen Verfahren bei der 5 %-Schwelle g emäss Bonferroni-Test hin.

Abb. 3 | Feuchtheu nach der 30-tägigen Lagerung; links ohne Z usatz – rechts mit Zusatz.

Sensorische Einschätzung und Schimmelpilzbefall Das unbehandelte Feuchtheu war bei beiden TS-Stufen und auch bei allen drei geprüften Verdichtungen nach der 30-tägigen Lagerung total verschimmelt und wies einen starken Ammoniakgeruch auf (Abb. 3). Beim feuchteren behandelten Futter konnten bei den Dosie-

rungen 8 und 9 l bei jeweils einer von drei Wiederholungen ein kleines Schimmelnest festgestellt werden. Bei der Dosierung von 10 l waren alle drei Wiederholungen einwandfrei. Beim trockeneren behandelten Futter waren auch alle drei Wiederholungen von der Dosierung mit 4 l 

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

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Nutztiere | Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011

Ausgangsmaterial mit 70 % TS

Ausgangsmaterial mit 75 % TS

8,0

Schimmelpilzbefall: Grenze zwischen normalem und leicht erhöhtem Besatz

7,0 log KBE/g

Selko Heu 6 l

Selko Heu 5 l

Selko Heu 4 l

9,0

Ohne Zusatz

10,0

6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0

Selko Heu 10 l

Selko Heu 9 l

Selko Heu 8 l

Ohne Zusatz

0,0

Abb. 4 | Schimmelpilzbefall im Feuchtheu mit und ohne Zusatz (KBE: koloniebildende Einheiten).

leicht verschimmelt. Bei den Dosierungen mit 5 und 6 l konnten in einer der drei Wiederholungen kleine Schimmelnester festgestellt werden. Die zusätzlichen Bestimmungen des Schimmelpilzbefalls bestätigten die sensorische Beurteilung. Beim feuchteren Futter wiesen im Durchschnitt alle drei Dosierungen Werte unter 100‘000 KBE/g auf. Beim trockeneren Futter war dies nur bei der Dosierung von 6 l der Fall (Abb. 4).

Schlussfolgerungen ••Unbehandeltes Feuchtheu ist nicht lagerstabil. Es erwärmt sich und verschimmelt. Je stärker das Futter verdichtet ist, desto stärker ist die Erwärmung. ••Mit dem geprüften Konservierungsmittel Selko Heu konnte die Erwärmung und der Futterverderb teilweise oder ganz verhindert werden. Dabei spielt die richtige Dosierung, die vom TS-Gehalt des Futters n abhängig ist, eine entscheidende Rolle.

320

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

Efficacia dei conservanti nel fieno umido: risultati 2011 In Svizzera alcune aziende impiegano conservanti chimici per conservare il fieno umido. Per ottenere un buon risultato è fondamentale conoscere esattamente il tenore di SS e impiegare il dosaggio giusto. Nell’ambito di una prova è stata verificata l'efficacia del conservante Selko Heu impiegato con due diversi tenori di SS, rispettivamente in tre dosaggi differenti. Una variante non trattata è stata presa come controllo negativo. Nell'ambito di questi controlli negativi sono stati analizzati anche diversi livelli di compattazione. Nei trenta giorni in cui si è svolta la prova sono state costantemente misurate le temperature. Inoltre si sono analizzati prima e dopo il periodo di prova i tenori di SS e diversi altri parametri. A entrambi i livelli di SS il foraggio non trattato si è riscaldato sensibilmente ed è ammuffito completamente. I diversi gradi di compattazione hanno mostrato che più il foraggio è compattato, più aumenta il riscaldamento e il deterioramento dello stesso. Con l’aggiunta di Seiko Heu è stato possibile, rispetto al controllo negativo, evitare in parte o completamente il riscaldamento, rispettivamente il deterioramento del foraggio ad ambedue i livelli di SS verificati. Il corretto dosaggio è importante per un buon esito.

Summary

Riassunto

Wirkung eines Konservierungsmittels bei Feuchtheu – Ergebnisse 2011 | Nutztiere

Preservation of moist hay with preservatives – results from 2011 In Switzerland, some farms are using chemical preservatives in order to preserve moist hay. Detailed knowledge of the DM-content as well as the correct dosage are important for the success. In a trial, the efficacy of the preservative Selko Heu was investigated with hay of two different dry matter contents and three different dosages. As negative control, variants without additives were tested. These negative controls were additionally tested with different forage densities. During a period of 30 days, temperature was continuously controlled. Before and after this period, the dry matter contents and different parameters were analysed. In both DM levels, the untreated hay heated strongly and at the end it was totally moldy. The different densities showed that the stronger the hay was pressed, the higher the heating and the spoilage was. In contrast to the negative control, with the addition of the preservative Selko Heu, the heating up and the deterioration of the hay spoilage could be partly or totally reduced. The correct dosage is important for the success. Key words: hay, preservation, additives, dosage.

Literatur ▪▪ Meisser M., 2001. Konservierung von Feuchtheu. Agrarforschung 8 (2), 87 – 92. ▪▪ Weiss W.P., Conrad H.R. & St. Pierre N.R., 1992. A theoretically-based model for predicting total digestible nutrient values of forages and concentrates. Anim. Feed Sci. Technol. 39, 95–110.

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 314–321, 2012

321

N u t z t i e r e

Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle Sabrina Staerfl1, Christine Bosshard2, Cyril Graf1, Johanna Zeitz1, Michael Kreuzer1 und Carla Soliva1 ETH Zürich, Institut für Agrarwissenschaften, 8092 Zürich 2 Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, 8046 Zürich Auskünfte: Michael Kreuzer, E-Mail: michael.kreuzer@inw.agrl.ethz.ch Tel. +41 44 632 59 72

Abb. 1 | Entnahme der Gülle mit Hilfe einer Acrylglaslanze bei einem landwirtschaftlichen Betrieb. (Foto: ART)

Einleitung Methan (CH4) besitzt ein über 21-mal höheres globales Erwärmungspotenzial als Kohlendioxid (CO2) (Steinfeld et al. 2006) und ist neben Lachgas (N2O) das wichtigste aus der Landwirtschaft stammende Treibhausgas. Vor allem die Wiederkäuerhaltung hat durch die Futterfermentation im Pansen einen hohen Anteil an den globa-

322

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 322–329, 2012

len CH4 Emissionen. Obwohl die Mengen an CH4 aus Gülle sehr viel geringer sind als jene, die bei der Pansenfermentation frei werden, dürfen diese bei der Budgetierung der landwirtschaftlichen Treibhausgase nicht ausser Acht gelassen werden. Besonders der anaerobe Abbau von organischer Substanz führt zu CH4-Emissionen aus der Gülle (Steinfeld et al. 2006).

Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle | Nutztiere

Wo länderspezifische Daten fehlen, wird das Treibhausgasbudget mit sogenannten IPCC-Standardwerten kalkuliert. Der gegenwärtig für Schweizer Gülle angenommene Standardwert für das maximale Methanbildungspotenzial (B0) ist 240 l Methan (CH4)/kg flüchtige Feststoffe (VS). In dieser Studie wurde Gülle von 64 Milchviehbetrieben aus den wichtigsten Schweizer milchproduzierenden Kantonen gesammelt. Beprobt wurden Betriebe mit Silage- oder silofreier Fütterung (typische Milchproduktionssysteme) jeweils im Winter und Sommer. Zudem wurden die Betriebe gemäss ihrer jährlichen Milchleistung eingeteilt. B0 wurde durch Inkubation der Gülle bei 35° C über 14 Wochen bestimmt. Für Wintergülle lag B0 zwischen 241 und 314 l CH4/kg VS, für Sommergülle zwischen 35 und 62 l CH4/kg VS. Dieses tiefe B0 könnte durch vorherige Fermentation im Güllelager oder starke Verdünnung durch Regen bedingt sein. Obwohl sich die Nährstoffzusammensetzung der Rationen und von VS signifikant unterschied, hatten weder Fütterung noch Milchleistung Einfluss auf B0. Die Ergebnisse zeigen, dass weitere Unterschiede in Fütterung und Güllemanagement in Betracht gezogen werden müssen, um länderspezifische Werte zu ermitteln.

Zusammenfassung

Da länderspezifische Daten zu CH4-Emissionen aus Pansenfermentation und Gülle oft lückenhaft sind oder fehlen, werden Standardwerte des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) verwendet, um Treibhausgasbudgets zu kalkulieren (Klevenhusen et al. 2010). Momentan werden diese Werte auch von der Schweiz verwendet. Für Nordamerika und Europa wurde vom IPCC (2006) für die maximale CH4-Produktionskapazität (B0) aus Milchviehgülle ein Wert von 240 l CH4/kg flüchtige Feststoffe (VS) festgelegt. Die CH4-Menge, die aus der Gülle emittiert werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren wie Lagerungsdauer, Lagerungstemperatur und Fütterung ab (Steinfeld et al. 2006). Rationen mit hohem Kraftfutteranteil, welche den pH Wert im Pansen sowie die Faserverdaulichkeit reduzieren, führen zu höheren Gehalten an VS, welche als gut fermentierbares Substrat für die CH4-Bildung in der Gülle gelten (Hindrichsen et al. 2006). Das Ziel dieser Studie war es, B0 für Milchviehgülle experimentell zu ermitteln, um erste Schweiz spezifische Daten zu erhalten. Hierfür wurden Betriebe anhand der beiden typischen Schweizer Fütterungssysteme – Silage- und silofreie Fütterung (letztere hauptsächlich für die Hartkäseproduktion) – ausgewählt. Zusätzlich wurden die Betriebe aufgrund ihrer Herdenmilchleistung eingeteilt, um indirekt verschiedene Anteile an Kraftfutter in der Ration zu berücksichtigen. Jahreszeitliche Faktoren wie Unterschiede in der Fütterung und Güllelagerungstemperatur wurden berücksichtigt, indem Proben von denselben Betrieben im Winter und im Sommer gesammelt wurden.

Material und Methoden Auswahl der Milchviehbetriebe Gülle wurde auf 64 Schweizer Milchviehbetrieben gesammelt (Tab. 1). Die Betriebe wurden aus den milchviehstärksten Schweizer Kantonen (AG, BE, FR, LU, SG, TG, VD und ZH; Muller 2010) zufällig ausgewählt. Die 

Tab. 1 | Beschreibung der in die Güllesammlung einbezogenen Schweizer Milchviehbetriebe (Mittelwerte ± Standardabweichungen)

Fütterungssystem Herdenmilchleistung (kg/Kuh und Jahr)

Silage

silofrei

<7000

7000 – 8000

>8000

<7000

7000 – 8000

>8000

Betriebsgrösse (ha)

23,9±3,8

25,3±4,4

32,5±3,6

25,9±3,8

31,1±3,8

39,6±4,2

Herdengrösse (Anzahl Kühe)

26,5±3,8

23,6±4,9

40,6±4,0

28,2±4,1

30,5±4,1

37,4±4,6

Milchleistung (kg/Kuh und Jahr)

6415±110

7801±140

8637±114

6545±119

7490±119

8444±132

Kraftfutteranteil (% der Gesamtration)

24,5±2,8

21,7±3,1

36,7±3,4

18,2±3,1

15,6±3,6

22,7±2,9

Anzahl Betriebe

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 322–329, 2012

323

Nutztiere | Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle

Abb. 2 | Inkubationseinheit mit Entnahmespritze für Gasmessung mittels Gaschromatografie. (Foto: Sabrina Stärfl)

durchschnittliche Betriebsgrösse lag bei 27,5 ± 7,7 ha, und die meisten Kühe gehörten den Rassen Braunvieh und Holstein an. Die Betriebe wurden zum einen anhand ihres Fütterungssystems eingeteilt, nämlich Silagefütterung (ganzjährig Gras- und Maissilage mit Kraftfutter) oder silofreie Fütterung (Heu im Winter, Gras im Sommer; geringe Kraftfuttermengen). Zum anderen erfolgte eine Einteilung gemäss der jährlichen Herdenmilchleistung in niedrige, mittlere und hohe Milchleistung. Der Verdünnungsgrad der Gülle variierte zwischen 1:0,5 und 1:2 (Gülle:Wasser). Die meisten Betriebe (83 %) verfügten über abgedeckte Gülleläger. Güllenbeprobung Die Beprobungen fanden im Februar und März 2010 (Winter) sowie im August 2010 (Sommer) statt. Nachdem die Gülle 30 min. lang gerührt wurde, wurden vertikal Proben mithilfe einer Stechlanze aus Akrylglas (Länge 2 – 4 m, innerer Durchmesser 4,5 cm; Abb. 1) gezogen. Proben aus zehn Einstichen mit der Lanze wurden in einem 40 l Gefäss zu einer Gesamtprobe homogenisiert; daraus wurde eine Teilprobe zu 1 l genommen. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um eine zweite Teilprobe zu 1 l zu erhalten. Die Teilproben wurden anschliessend in Plastikflaschen gefüllt (Semadeni AG, Ostermundingen, Switzerland), für den Transport in Kühlboxen gestellt und bei -20° C bis zur Aufbereitung im Labor aufbewahrt. Zusätzlich wurden Proben der in den Betrieben eingesetzten Futtermittel (gepoolt entsprechend ihrer Rationenanteile) oder der TMR (Anteil der Einzelkomponenten wurde vermerkt) gezogen. Mit einem Standardfragebogen wurden weitere Betriebsangaben erhoben (Tab. 1).

324

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 322–329, 2012

Güllelagerungsexperiment Die Bestimmung des maximalen CH4-Emissionspotentials der Güllen erfolgte nach der in vitro-Inkubationsmethode von Hashimoto (1989). Serumflaschen mit einem Volumen von 119,1 ± 0,6 ml dienten als Fermentationsbehälter (Abb. 2). Die Flaschen wurden mit 50 ml Gülle und Inokulum im Verhältnis 2,33:1 befüllt (Sommer et al. 2007). Das Inokulum bestand aus Gülle von Kühen, die mit einer TMR gefüttert wurden (45 % Grassilage, 39 % Maissilage, 9,5 % Heu, 6,5 % Kraftfutter). Dieses Inokulum wurde für drei Wochen bei 35° C gelagert, um die Fermentation mit einer stabilen Mikrobenpopulation in Gang zu bringen und um den Anteil fermentierbarer Substanzen zu reduzieren (Sommer et al. 2007). Vier Fermentationsbehälter, die nur mit Inokulum gefüllt waren, dienten als Kontrolle und Basis für spätere Berechnungen. Nachdem die Flaschen mit Stickstoff (N) gespült wurden, um Sauerstoff zu entfernen (anaerobe Fermentation), wurden sie mit 1 cm dicken Plastikstopfen (Bellco Glass, Vineland, USA) verschlossen und bei 35 ± 0,2° C 14 Wochen lang inkubiert. Die CH4-Konzentration im Fermentationsgas, welches mithilfe einer gasdichten Spritze (HamiltonBonaduz, Schweiz) einmal wöchentlich durch die Gummistopfen gezogen wurde, wurde mittels Gaschromatographie ermittelt (Hewlett Packard, Model 5890 Series II, Avondale, PA, USA). Über eine Glasspritze (Eterna matic Sanitex, Sanitex SA, Bassecourt, Schweiz) mit einer 2,5 cm langen Nadel (Gr. 16, B. Braun Medical AG, Sempach, Schweiz) wurde das Fermentationsgasvolumen bestimmt, indem der Glaskolben der horizontal gehaltenen Spritze solange durch das Fermentationsgas nach oben gedrückt wurde, bis atmosphärischer Druck erreicht war (Steed und Hashimoto, 1994). Die Gasvolumina wurden auf Standardtemperatur (0° C) und 1013 mbar Druck korrigiert. Laboranalysen Trockene (Heu, Kraftfutter) oder getrocknete (Silage, Gras; 48 h bei 60° C) Futterproben wurde auf 1 mm Partikelgrösse gemahlen. Trockensubstanz (TS) und Aschegehalt (TA) wurden in Inokulum, Gülle und Futter analysiert (TGA-701, Leco Corporation, St. Joseph, MI, USA). Die Kohlenstoff- (C) und N-Gehalte wurden mittels C/NAnalysator ermittelt (Leco-Analysator Typ FP-2000, Leco Instrumente, Kirchheim, Deutschland). Bruttoenergie (BE) wurde durch Bombenkalorimetrie bestimmt (Calorimeter C7000, IKA-Werke GmbH & Co. KG, Staufen, Deutschland). In Gülle und Inokulum wurde durch MgODestillation (Distillation Unit 323, Büchi, Flawil, Schweiz) die Ammoniak-N-Konzentration gemessen (Amberger et al. 1982).

Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle | Nutztiere

Tab. 2 | Chemische Zusammensetzung (g/kg TS) und Bruttoenergiegehalt (MJ/kg TS) der Rationen und Güllen im Winter (w) und Sommer (s) Silage

Fütterungssystem Herdenmilchleistung (kg/Kuh und Jahr)

Silofrei

P-Werte

<7000

70008000

>8000

<7000

70008000

>8000

SEM1

Fütterungs- Milch- system (F) leistung (M)

80,7

82,3

83,8

82,7

89,8

96,8

3,75

0,019

91,2

83,7

105

119

112

8,55

23,1

24,8

23,1

22,7

24,5

25,1

27,4

23,8

30,1

27,8

31,7

18,1

18,2

17,8

17,9

18,1

18,2

18,1

17,4

4,78

4,29

4,47

2,26

2,16

327

361

F×M

Jahreszeit

0,094

0,37

<0,001

0,003

0,69

0,54

1,21

0,64

0,68

0,54

2,16

0,019

0,27

17,8

0,13

0,025

0,72

0,59

17,6

0,16

<0,001

0,62

0,93

4,42

5,53

4,58

0,759

0,99

0,82

0,29

1,84

1,66

2,33

2,29

0,504

0,98

0,82

0,5

279

342

282

324

34,9

0,81

0,6

0,14

Rationen Asche

Total N

Bruttoenergie

<0,001

0,064

Gülle TS (g/kg Frischsubstanz) Asche

Total N

NH3-N

C:N

Bruttoenergie

320

350

285

325

270

309

31,6

0,75

0,66

0,16

58,5

71,4

50,8

68,5

52,3

54,1

7,84

0,77

0,35

0,16

54,2

68,2

58,4

64,5

48,6

52,9

8,31

0,52

0,68

0,22

45,1

31,3

43,8

28,3

36,5

7,05

0,29

0,35

0,13

40,2

47,7

35,8

40,5

26,9

33,7

7,19

0,22

0,5

0,2

6,95

6,1

7,74

7,29

8,55

6,66

0,747

0,36

0,96

0,076

6,88

6,05

7,63

7,15

8,39

6,55

0,884

0,33

0,96

0,087

16,1

15,2

16,3

15,5

16,3

15,9

0,53

0,94

0,76

0,24

15,8

14,9

15,8

15,7

0,47

0,98

0,77

0,23

<0,001

0,95

0,78

0,88

0,96

0,97

SEM = Standardfehler des Mittels

Berechnungen und statistische Analysen Der Gehalt an VS wurde gemäss IPCC (2006; Tier 2) wie folgt bestimmt: VS (kg/Kuh/Tag) = [GEI × (1 - DE/100) + (UE × GEI)] × [(1-ASH/18,45)] Dabei ist GEI = BE-Aufnahme (MJ/Kuh/Tag; angenommener Schweizer Durchschnittswert von 18 kg TS-Verzehr/ Kuh/Tag; ALP 2008), DE = Verdaulichkeit der Bruttoenergie (%) = (GEI – Kotenergie(MJ/Kuh/Tag)) × 100/GEI, UE × GEI = Harnenergie (MJ/Kuh/Tag) in Relation zu GEI (hier wurde der IPCC Standardwert von 0,04 × GEI benutzt), ASH = Aschegehalt der Gülle in Relation zur TS-Aufnahme. Der Faktor 18,45 entspricht dem Umwandlungsfaktor für GEI pro kg TS (MJ/kg; relativ konstanter Faktor für Grundfutter- und Getreidebasierte Rationen; IPCC

2006). Der CH4-Ertrag (ml CH4/g VS) wurde ermittelt, indem die Menge an CH4 aus dem Inokulum (Durchschnitt der 4 Kontrollflaschen) von der CH4 Menge jeder Inkubationsflasche subtrahiert wurde. Der Wert wurde durch die Menge an VS in der Gülleprobe dividiert. Der maximale CH4-Ertrag (B0, ml CH4/g VS) wurde mit folgender Gleichung berechnet: ‘B’ = B0 × (1 - e -kt) mit ‘B’ als kumulativem CH4-Ertrag während der 14-wöchigen Inkubationsdauer, k als Methanproduktionsrate pro Tag und t als Zeit. B0 (Methanertrag bei t = unendlich) wurde mithilfe einer nichtlinearen Regressionskurve unter Verwendung des Marquardt-Levenberg Algorithmus in SigmaPlot 11.0 (Systat Software,  Chicago, Illinois) geschätzt (Massé et al. 2010).

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 322–329, 2012

325

Nutztiere | Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle

A Methanertrag 'B' (ml CH4 /g VS)

Methanertrag 'B' (ml CH4 /g VS)

250

200

150

100

0 0

8 10 Inkubationswoche

Silage; Herdenmilchleistung: < 7000 kg Silage; Herdenmilchleistung: 7000 - 8000 kg

Silage; Herdenmilchleistung: > 8000 kg silofrei; Herdenmilchleistung: < 7000 kg

8 10 Inkubationswoche

silofrei; Herdenmilchleistung: 7000 - 8000 kg silofrei; Herdenmilchleistung: > 8000 kg

Abb. 3 | Kumulierter Methanertrag ‘B’ (IPCC 2006) von Milchviehgülle bei Silage- oder silofreier Fütterung und unterschiedlicher Herdenmilchleistung, ermittelt durch 14-wöchige Inkubation bei 35°C. (A, Wintergülle; B; Sommergülle)

Die statistische Auswertung der Daten erfolgte mittels Varianzanalyse (Prozedur MIXED; SAS 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) mit Fütterungssystem, Milchleistung, Interaktion von Fütterungssystem und Milchleistung sowie Jahreszeiten als fixe Effekte. Der Mittelwertvergleich wurde mit dem Tukey-Test durchgeführt, wobei Unterschiede bei P < 0,05 als signifikant betrachtet wurden.

Resultate und Diskussion Chemische Zusammensetzung von Rationen und Gülle Generell waren die saisonalen Unterschiede in der Nährstoffzusammensetzung der Futterrationen bei Silagebetrieben geringer als bei silofreien Betrieben (Tab. 2). Dies hat damit zu tun, dass sich die Ration bei den Silage betrieben über das Jahr kaum verändert, während die Tiere bei silofreier Fütterung im Winter Heu und im Sommer Gras erhalten. Die Jahreszeit hatte einen signifikanten Einfluss auf den Asche- und N-Gehalt der Rationen, mit höheren Gehalten im Sommer. Der höhere N-Gehalt silofreier Rationen verglichen mit auf Silage basierten Rationen resultierte vermutlich aus den typischerweise höheren Proteingehalten in frischem Gras im Vergleich zu Silage. Zusätzlich war der Aschegehalt in den silofreien Rationen signifikant höher, hingegen der BEGehalt signifikant tiefer als bei den Silagerationen. Es konnte kein Zusammenhang zwischen Fütterungssystem und Milchleistung bezüglich der Nährstoffzusammensetzung der Ration gefunden werden. Hinsichtlich des TSGehaltes in der Gülle konnte ein Unterschied (p<0,001)

326

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 322–329, 2012

zwischen den beiden Jahreszeiten gefunden werden. Die übrigen untersuchten Nährstoffe in der Gülle unterschieden sich jedoch nicht signifikant in ihren Gehalten. Methanemissionen bei der Güllelagerung Der kumulative Methanertrag ‘B’, auf welchem B0 basiert, veränderte sich massgeblich mit fortschreitender Inkubationsdauer für Winter- (Abb. 3A) und Sommergülle (Abb. 3B). Ähnlich wie bei anderen Studien (z.B. Hindrichsen et al. 2006) stieg die CH4-Bildung bis zu einem gewissen Level langsam an, um dann, vermutlich bedingt durch abnehmende Nährstoffverfügbarkeit, wieder abzusinken. Im Gegensatz zu Hindrichsen et al. (2006; ohne Inokulum) konnte in der vorliegenden Studie das Erreichen der maximalen CH4 Menge jedoch bereits nach vier Wochen Inkubation beobachtet werden, was somit vermutlich aus der Verwendung eines Inokulums resultiert (Vedrenne et al. 2008). Bei Verwendung eines Inokulums sollte jedoch wie in der vorliegenden Studie ein niedriges Inokulum/Substrat-Verhältnis bevorzugt werden (30:70 gemäss Hashimoto 1989), um eine übermässige CH4-Bildung zu vermeiden (Vedrenne et al. 2008). Die Gesamtgehalte an VS in den Güllen überschritten die Standardwerte des IPCC (2006) von 1,86 t/Kuh und Jahr in beiden Jahreszeiten nur geringfügig (Tab. 3). Es konnte ein saisonaler Trend (p=0,07) zu höheren Werten im Winter beobachtet werden. Der Gehalt an VS war zwischen den Fütterungssystemen zu beiden Jahreszeiten signifikant verschieden, was vermutlich auf den niedrigeren BE- und höheren Aschegehalt in den silo-

Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle | Nutztiere

Tab. 3 | Menge an flüchtigen Feststoffen (VS) und maximale Methanproduktionskapazität (B 0) nach 14 Wochen Inkubation bei 35°C von Winter- (w) und Sommergülle (s) Fütterungssystem

Silage

B0 (l CH4/kg VS)

P-Werte

<7000

70008000

>8000

<7000

70008000

>8000

SEM1

Fütterungssystem (F)

Milchleistung (M)

F×M

Jahreszeit

2,14

2,15

2,17

2,12

2,14

2,11

0,016

0,031

0,65

0,37

0,068

2,11

2,13

2,14

2,09

2,1

2,08

0,019

<0,001

0,54

0,76

275

308

314

246

281

241

51,6

0,27

0,77

0,87

61,5

45,1

45,6

34,5

42,7

35,5

12,24

0,21

0,84

0,6

Herdenmilchleistung (kg/Kuh und Jahr) Flüchtige Feststoffe (t /Kuh und Jahr)2

Silofrei

<0,001

SEM = Standardfehler des Mittels Berechnet gemäss IPCC (2006; Tier 2); Standardwert 1.86 t/Kuh und Jahr

1 2

freien Rationen verglichen mit den Silagerationen zurückzuführen war. Die Milchleistung hatte keinen Einfluss auf VS, und es wurde keine Interaktion zwischen Milchleistung und Fütterung gefunden. Bei der maximalen CH4-Produktionskapazität B0 wurde ein klarer saisonaler Effekt (p<0,001) beobachtet, wohingegen Fütterungssystem, Milchleistung und Fütterungssystem × Milchleistung keinen Einfluss hatten (p>0,05). Die niedrigeren B0-Werte der silofreien Betriebe (p>0,05) verglichen mit den Silagebetrieben resultierten vermutlich aus den niedrigeren Gehalten an fermentierbarem Substrat in der Gülle silofreier Betriebe (Steinfeld et al. 2006). Auch Møller et al. (2004) fanden mit raufutterreichen im Vergleich zu kraftfutterreichen Rationen niedrigere B0-Werte in der Gülle von Milchvieh. Der tiefere pH-Wert im Pansen bei kraftfutterreicher Fütterung reduziert nämlich die Faserverdaulichkeit, was zu höheren Gehalten an fermentierbarem Substrat in der Gülle führt (Hindrichsen et al. 2006). Vor diesem Hintergrund ist es verwunderlich, dass im vorliegenden Versuch die Milchleistung keinen Einfluss auf B0 (und VS) hatte. Nach 14 Wochen Inkubation bei 35° C war B0 bei Wintergülle deutlich höher als bei Sommergülle (Tab. 3), obwohl der Gehalt an VS kaum verschieden war. In diesem Fall war die Sommergülle nicht nur durch die Fütterung von wasserreichem Gras (silagefreie Betriebe), sondern vor allem durch starke Regenfälle vor der Probenahme verdünnt. Vedrenne et al. (2008) fanden allerdings sogar höhere B0-Werte bei verdünnter (1 - 7 % TS) verglichen mit unverdünnter Gülle (3 - 14 % TS), weil so zu hohe und damit die CH4-Bildung hemmende Konzentrationen an flüchtigen Fettsäuren (FFS) oder Ammoniak verdünnt wurden. In der vorliegenden Studie scheint dies aber nicht der Fall gewesen zu sein. Durch die häufige Ausbringung der Gülle im Sommer im Gegensatz zum Winter konnte sich möglicherweise aber keine so stabile Mikrobenpopulation etablieren wie in der Wintergülle. Zudem könnten

die höheren Temperaturen im Sommer die anaerobe Fermentation beschleunigt haben, so dass zum Zeitpunkt der Probenahme weniger fermentierbare Substanz in den Gülleproben vorhanden gewesen sein könnte. Obwohl dies nicht aus dem VS-Gehalt der Gülle ersichtlich war, ist nicht auszuschliessen, dass die Zusammensetzung der VS in der Winter- und der Sommergülle verschieden war, d.h. dass unterschiedliche Anteile an flüchtigen Fettsäuren, Proteinen, Kohlenhydraten und Lignin in der VS vorhanden waren (Vedrenne et al. 2008). Zudem könnten während der TS- und Rohasche-Bestimmung unbekannte und unterschiedliche Mengen an FFS verloren gegangen sein, was eventuell zu ungenauen Rohasche- und damit VS-Werten geführt haben könnte (Vedrenne et al. 2008). Besonders von Silagebetrieben mit ganzjähriger gleichbleibender Fütterung wäre allerdings dennoch eine ähnliche CH4-Produktion im Sommer und Winter zu erwarten gewesen. Folglich sollten länderspezifische Daten für B0 im Sommer nicht in gelagerter, sondern in frischer Gülle bestimmt werden. Der Standardwert des IPCC (2006) von 240 l CH4/kg VS für B0 bei Milchkühen in Westeuropa basiert auf theo retischen Berechnungen anhand der von den Kühen ausgeschiedenen Menge an VS. In diesem Versuch lag B0 für Wintergülle zwischen 241 (silofrei, > 8000 kg Milchleistung) und 314 l CH4/kg VS (Silage, > 8000 kg Milchleistung), womit letzterer Wert etwa 30 % über dem IPCC-Standardwert lag. In anderen Studien variierte B0 aus frischer Gülle zwischen 126 und 207 l CH4/kg VS (Amon et al. 2004; Møller et al. 2004) und aus gelagerter Gülle zwischen 204 und 296 l CH4/kg VS (Vedrenne et al. 2008). Offenbar hängt das maximale CH4-Emissionspotenzial aus der Gülle noch von anderen Faktoren als VSGehalt und Fütterungssystem (inkl. Milchleistung) ab. Die Lagerdauer von 14 Wochen, wie sie in der aktuellen Studie angewandt wurde, entspricht ungefähr der Lage- 

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Nutztiere | Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle

rungsdauer von Wintergülle in Westeuropa, ist aber zu lange für Sommergülle. Wie in Abbildung 3 gezeigt, beeinflusst die Lagerungsdauer das CH4-Produktions potential deutlich. Da die Lagerungsdauer in den Richtlinien des IPCC (2006) für die Bestimmung von B0 nicht berücksichtigt wird, kann dies zu Ungenauigkeiten bei den Standardwerten führen. Zudem weichen die Werte, die wie hier gemäss der in vitro-Methode von Hashimoto (1989) bestimmt wurden, möglicherweise von den mit anderen Methoden bestimmten Werten ab (z.B. Kulturflaschensystem von Møller et al. 2004; geschlossene Kammertechnik bei Külling et al. 2001; Respirationskammermethode bei Hindrichsen et al. 2006 und Klevenhusen et al. 2010), womit auch die gelagerte Menge an Testgülle eine Rolle spielen dürfte. Ein weiterer Faktor, der die CH4-Bildung in der Gülle beeinflusst, ist die Lagertemperatur (hier 35° C; Hashimoto 1989). Andere Autoren wie Steed und Hashimoto (1994) führten ihre Inkubationen bei 10° C, 20° C und 30° C durch. Klevenhusen et al. (2010) inkubierten Gülle bei 14° C und 27° C, was den von der IPCC (2006) angenommenen Werten für kalte und warme Klimazonen entspricht. Die Ergebnisse

Literatur ▪▪ ALP (Agroscope Liebefeld-Posieux), 2008. Fütterungsempfehlungen und Nährstofftabellen für Wiederkäuer. Onlineversion. Zugang: http://www. agroscope.admin.ch/futtermitteldatenbank/04834/index.html?lang=de. [1. November 2011]. ▪▪ Amberger A., Vilsmeier K., & Guster R., 1982. Stickstofffraktionen verschiedener Güllen und deren Wirkung im Pflanzenversuch. Z. Pflanzenernähr. Bodenk . 145, 325–336. ▪▪ Amon T., Kryvoruchko V., & Amon B., 2004. Methane production from maize, grassland and animal manures through anaerobic digestion. In: FAO ESCORENA Network on Recycling of Agricultural, Municipal and Industrial Residues in Agriculture: RAMIRAN 2004, 11th International Conference, 6.-9. Oktober 2004, Murcia, Spain, Vol. II, 175 – 178. ▪▪ Hashimoto A.G., 1989. Effect of inoculum substrate ratio on methane yield and production rate from straw. Biol. Wastes 28 (4), 247–255. ▪▪ Hindrichsen I.K., Wettstein H.R., Machmüller A., & Kreuzer M., 2006. Methane emission, nutrient degradation and nitrogen turnover in dairy cows and their slurry at different milk production scenarios with and without concentrate supplementation. Agric. Ecosyst. Environ. 113 (1 – 4), 150 – 161. ▪▪ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2006. Guidelines for national greenhouse gas inventories. Vol. 4 | Agriculture, forestry and other land use (Eds H.S. Eggleston, L. Buendia, K. Miwa, T. Ngara, K. Tanabe). 10.1 – 10.87. ▪▪ Klevenhusen F., Bernasconi S.M., Kreuzer M., & Soliva C.R., 2010. Experimental validation of the Intergovernmental Panel on Climate Change default values for ruminant-derived methane and its carbon-isotope signature. Anim. Prod. Sci. 50 (3), 159–167.

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der aktuellen Studie zeigen, dass die Entwicklung einheitlicher Protokolle für die Bestimmung von CH4-Emissionen aus der Gülle unter Laborbedingungen nötig ist.

Schlussfolgerungen Die vorliegende Studie zeigt, dass es grosse Unterschiede zwischen dem maximalen CH4-Bildungspotenzial von Winter- und Sommergülle gibt. Es muss geklärt werden ob diese Unterschiede auf vorherige Fermentation im Güllelager zurückzuführen sind, auf unterschiedliche Mikrobenpopulationen, oder auf jahreszeitlich unterschiedliche Niederschlagsmengen und Temperaturschwankungen. Bevor spezifische Daten für die Schweiz ermittelt werden können, ist es erforderlich, die Datenbasis auf die ganze Schweiz auszuweiten (u.a. auch Bergregionen). Zudem müssen die experimentellen Methoden, mit denen die CH4-Emissionen erfasst wern den, standardisiert werden. Dank

Diese Studie wurde von den Schweizer Bundesämtern für Landwirtschaft und Umwelt unterstützt. Danke auch an alle Betriebe für die gute Kooperation.

▪▪ Külling D.R., Menzi H., Krober T.F., Neftel A., Sutter F., Lischer P., & Kreuzer M., 2001. Emissions of ammonia, nitrous oxide and methane from different types of dairy manure during storage as affected by dietary protein content. J. Agric. Sci. 137 (2), 235–250. ▪▪ Massé D., Gilbert Y., Savoie P., Belanger G., Parent G., & Babineau D., 2010. Methane yield from switchgrass harvested at different stages of development in Eastern Canada. Biores. Technol. 101 (24), 9536–9541. ▪▪ Møller H.B., Sommer S.G., & Ahring B.K., 2004. Biological degradation and greenhouse gas emissions during pre-storage of liquid animal manure. J. Environ. Qual. 33 (1), 27–36. ▪▪ Muller T., 2010. Auswertung der Daten über die Milchproduktion, Milchjahr 2008/2009. Zugang: http://www.blw.admin.ch/themen/00013/00079/index.html?lang=de [1. November 2011] ▪▪ Sommer S.G., Petersen S.O., Sørensen P., Poulsen H.D., & Møller H.B., 2007. Methane and carbon dioxide emissions and nitrogen turnover during liquid manure storage. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 78 (1), 27–36. ▪▪ Steed J., & Hashimoto A.G., 1994. Methane emissions from typical manure management systems. Biores. Technol. 50 (1), 123–130. ▪▪ Steinfeld H., Gerber P., Wassenaar T., Castel V., Rosales M., & de Haan C. (editors), 2006. Livestock’s long shadow: environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rom, Italien. ▪▪ Vedrenne F., Beline F., Dabert P., & Bernet N., 2008. The effect of incubation conditions on the laboratory measurement of the methane producing capacity of livestock wastes. Biores. Technol. 99 (1), 146–155.

Influenza della stagione e dell’alimentazione sulle emissioni di metano dai liquami svizzeri In assenza di dati nazionali, il budget dei gas serra viene calcolato per mezzo dei cosiddetti valori standard IPCC. Il valore standard attualmente assunto per il potenziale massimo di formazione di metano (B0) dei liquami svizzeri è di 240 litri di metano (CH4) per chilogrammo di sostanza volatile (VS). Nel presente studio sono stati collezionati liquami provenienti da 64 aziende produttrici di latte, situate nei più importanti cantoni svizzeri produttori di latte. I campioni sono stati prelevati sia da aziende foraggianti silaggi, sia da aziende prive di silaggi nelle razioni (a rappresentare i due tipici sistemi di produzione lattiera). I campionamenti sono stati effettuati sia in inverno, sia in estate. Le aziende sono state inoltre suddivise secondo il loro livello di produzione annuale di latte. B0 è stato determinato in seguito ad un’incubazione dei liquami a 35 °C per 14 settimane. Per i liquami invernali sono stati determinati valori di B0 tra 241 e 314 l CH4/kg VS, per i liquami estivi tra 35 e 62 l CH4 /kg VS. Questi valori di B0 inferiori potrebbero essere dovuti ad una precedente fermentazione nella cisterna del liquame o ad una forte diluizione dovuta alla pioggia. Sebbene la composizione nutritiva delle razioni e delle sostanze volatili (VS) abbiano mostrato differenze significanti, né l’alimentazione degli animali, né il loro livello di produzione lattiera hanno influenzato il valore di B0. I risultati mostrano che ulteriori differenze nell’alimentazione del bestiame e nella gestione dei liquami devono essere prese in considerazione, al fine di individuare i valori specifici del paese.

Summary

Riassunto

Einfluss von Jahreszeit und Fütterung auf die Methanemissionen aus Schweizer Milchviehgülle | Nutztiere

Effect of season and feeding on methane emission from Swiss dairy cow slurry Due to the lack of country-specific data, the so-called IPCC default values are often taken for calculating greenhouse gas budgets. The default value to be applied for Switzerland for the ultimate methane (CH4) production capacity (B0) of slurry amounts to 240 l CH4/kg volatile solids (VS). In the present study, slurry from 64 dairy farms representing all major Swiss milk producing Cantons was collected. Sampling took place both in winter and summer on farms feeding either silage or no silage (two major Swiss dairy cattle feeding systems). Farms were further classified by their annual milk yield. B0 was determined by incubating the slurry at 35 °C for 14 weeks. Winter slurry resulted in a B0 ranging between 241 and 314 l CH4/kg VS, summer slurry B0 ranged between 35 and 62 l CH4/kg VS. This low B0 could have resulted from previous fermentation in the slurry ponds or strong dilution through precipitation. Annual milk yield and feeding system did not influence B0, even though nutrient composition of diets and VS differed significantly. The results indicate that further differences in feeding and slurry management have to be considered in developing countryspecific data. Key words: methane, slurry, dairy farms, IPCC default value.

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P o r t r ä t

Matthias Suter: Mathematics is mental Matthias Suter schliesst das Kreuzkraut-Projekt mit Zufriedenheit ab, das sich mit der Frage beschäftigte, wie sich giftige Kreuzkraut-Arten in landwirtschaftlichem Grasland kontrollieren lassen. Das von der AGFF, dem BLW und Agroscope finanzierte Projekt umfasste einen breiten Rahmen an Forschungsaktivitäten von Gewächshaus- und Parzellenversuchen bis hin zu Feldaufnahmen auf landwirtschaftlichen Betrieben. Ebenso breit fand auch der Wissenstransfer statt, erklärt er mir in der Cafeteria der ETH. «Es war eine runde Sache, die mit Artikeln in der Agrarforschung Schweiz, AGFF-Merkblättern für die Praxis sowie mit Beiträgen in internationalen wissenschaftlichen Journalen ihren Abschluss fand». Nun freue er sich auf Neues an Agroscope, wo er seit seiner Promotion in Teilzeit tätig ist. Als nächstes stünden Forschungsarbeiten im Rahmen des Konsortiums AnimalChange an, in dem sich Agroscope mit Erfolg beteilige. Untersucht werden sollen die Auswirkungen der sich verändernden Klimabedingungen auf die Tierproduktion. Dazu wird Matthias Suter an ART speziell Fragen zur Adaptation der Graslandbewirtschaftung untersuchen. Als ausgebildeter Lehrer bestand für Matthias Suter an der ETH ein ideales Wirkungsfeld, um seine Praxiserfahrungen in der Lehre ebenso einzusetzen wie sein akademisches Knowhow in Pflanzenbiologie und Statistik. Hier im Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich arbeitet er seit 2007 als Oberassistent. In der Cafeteria wird klar, dass Matthias Suter im Team von Professor Edwards zuhause ist. Er wechselt hier ein kurzes Wort mit einer ehemaligen Studentin, da ein Worttausch mit einem Doktoranden. Es fällt einem auch bei flüchtigem Kennen schwer sich vorzustellen, dass er diese Zeit am Institut nicht vermissen wird, denn Ende 2012 wird er die ETH verlassen. Er selbst nimmt die Veränderung mit grosser Gelassenheit und lässt sich, auf seine nahe Zukunft angesprochen, nicht festlegen. Klar wird im Gespräch mit Matthias Suter auch, dass er seinen ganz persönlichen Weg geht, wenn er sich den Fragen des Zusammenhalts der Natur stellt: die reine Annäherung über die Mathematik und Datenanalyse wäre ihm ein zu abstraktes Gebilde gewesen, erklärt er, und wäre der Naturbetrachtung nicht gerecht geworden. So staune er immer wieder, wie die Vorgänger die Natur über einen weniger mathematischen Zugang präzise erfasst hätten. «Klar ist aber, dass die moderne Pflanzenökologie nicht ohne statistische Methoden auskomme, mit welchen die komplexen Naturgesetzmässigkeiten von Zufallsereignissen unterschieden werden sol-

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len», ergänzt er, deshalb sei seinem Biologiestudium auch ein Nachdiplomkurs in angewandter Statistik an der ETH gefolgt. Dem aus dem Thurgau stammenden Wissenschaftler ist aber auch die Annäherung an die Natur im Stile der «Ahnen» nicht fremd: So gehören Wandern, Fotografieren, Kochen und die Pflege von Freundschaften, wo man sich in Musse den Fragen der Nachhaltigkeit unseres Seins stellt, zu seinen bevorzugten Freizeitbeschäftigungen. Etel Keller-Doroszlai, Forschungsanstalt Agroscope ReckenholzTänikon ART, 8046 Zürich

A k t u e l l

Aktuell Schweizer Bienenvölker: Bedrohliches Ausmass der Winterverluste Bereits zum fünften Mal hat der Verein Deutschschweizerischer und Rätoromanischer Bienenfreunde unter den Imkern und Imkerinnen in der gesamten Schweiz eine Internetumfrage über die Völkerverluste des vergangenen Winters durchgeführt. Mit über 1000 Bienenstandorten aus allen Kantonen der Schweiz und dem benachbarten Fürstentum Liechtenstein, Imkern und Imkerinnen, Vertreter aller Altersklassen auf Bienenstandorten zwischen 200 und 1700 MüM und aller in der Schweiz gehaltenen Bienenrassen, darf die Umfrage als einigermassen repräsentativ bezeichnet werden. Die Auswertung der Resultate zeigt ein niederschmetterndes Bild: beinahe 50 % der Bienenvölker gingen bei den sich an der Umfrage beteiligten Imker/innen verloren. Sämtliche Kantone waren von diesen Verlusten mehr oder weniger stark betroffen. Dies, wenn die Verluste vor dem Einwintern anfangs Oktober 2011 und die Winterverluste bis zum Auswintern der Bienenvölker Mitte April 2012 mit denjenigen Völkern zusammengezählt werden, welche beim Auswintern im April 2012 zu schwach waren, um sich zu einem Wirtschaftsvolk zu entwickeln. 50 % entspricht der unvorstellbar hohen Zahl von rund 100 000 Bienenvölkern. Es sind dies die schlimmsten Verluste, seitdem diese Zahlen systematisch erfasst werden. Wertmässig entsteht dabei den Schweizer Imker/-innen ein Verlust von rund 25 Millionen Schweizerfranken, welchen sie selber zu tragen haben. Der Einfluss auf die garantierte Bestäubung von Nutz- und Wildpflanzen und die Moral der betroffenen Imker/-innen, ihre Tätigkeit weiterzuführen, kann zur Zeit noch nicht abgeschätzt werden. Gründe für diese Situation Als Ursache der Winterverluste der letzten Jahren kamen einige Faktoren in Frage, von denen die Bienenkrankheiten im Mittelpunkt standen. Wie mehrere internationale Studien nun deutlich zeigen, spielt die parasitische Milbe Varroa destructor eine herausragende Rolle bei den Winterverlusten. Auch in der Schweiz ist die Varroa Milbe die Hauptursache für die hohen Völkerverluste im Winter. Die Parasitierung durch die Milbe wirkt sich in dreifacher Hinsicht negativ auf ein Bienenvolk aus: die Milben entziehen der Biene Blut wodurch das Immunsystem der Biene geschwächt wird und sie anfälliger für

weitere Krankheiten macht, des weiteren sind die Milben Vektoren für andere Pathogene, insbesondere Viren. Werden Bienenlarven und -puppen von Varroamilben parasitiert, verkürzt sich die Lebensdauer der Winterbienen von 5 – 6 auf 2 – 3 Monate und das Bienenvolk überlebt den Winter nicht. Wie stark dieser Effekt ist hängt von der Menge an Milben ab. Der frühe und milde Frühling 2011 hat dazu geführt, dass Völkern zu einem sehr frühen Zeitpunkt Brut herangezogen wurde, was wiederum eine starke Vermehrung der Milben zur Folge hatte. Als Konsequenz daraus wurde die kritische Schwelle des Milbenbefalls bereits erreicht, bevor eine wirksame Behandlung hätte erfolgen können, was die hohe Zahl der durch die Behandlung getöteten Milben zeigte. Häufig brachen die Völker bereits im Herbst aufgrund des hohen Befalls zusammen. Der besonders milde Herbst 2011 hat ausserdem den Transfer von Varroamilben durch Verflug oder Räuberei zwischen benachbarten Bienenvölkern begünstigt. Auf diese Weise wurden bereits behandelte Völker erneut infiziert. Dieser als Reinvasion bezeichnete Transfer von Milben geschieht häufig ohne dass dies der Imker bemerkt und ist neben einer wirksamen Bekämpfung eines der Hauptprobleme  im Kampf gegen die Varroa Milbe.

In diesem Frühling wurden leider viele tote Kolonien in den Bienenstöcken aufgefunden.

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Aktuell

Varroaforschung: Wo stehen wir? Die parasitische Milbe Varroa destructor ist erwiesenermassen hauptverantwortlich für das nahezu weltweite Bienensterben. Die Milbenbekämpfung ist deshalb von erheblicher Relevanz. Die Wirksamkeit vieler Mittel ist durch Resistenzbildung verloren gegangen. Die heute angewendeten organischen Säuren wirken aufgrund der Abhängigkeit von Aussentemperaturen sowie Fehlern in der Anwendung oft ungenügend. Hinzu kommt, dass viele Milben spät im Jahr aus stark befallenen Völkern in bereits behandelte Völker übertragen werden. Aufgrund der dramatischen Situation wollen wir nun in einem gross angelegten Feldversuch zusammen mit einem regionalen Imkerverein, die Wirksamkeit einer flächendeckend koordinierten Behandlung auf den Befallsdruck und die Überwinterung der Bienenvölker untersuchen. Wenn dies in der Versuchsregion Berner Seeland gelingt, haben wir eine erste Notmassnahme zur Verhinderung weiterer Verluste. Langfristig zielt unsere Forschung auf eine nachhaltige Lösung des Varroa Problems ab. In einem Forschungsansatz nutzen wir natürliche Antagonisten um eine biologische Bekämpfung der Milbe mit enthomopathogenen Pilzen zu entwickeln. In einem zweiten Forschungsansatz untersuchen wir die Mechanismen, welche die Reproduktion der Milbe steuern mit dem Ziel, die Reproduktion zu blockieren. Aufgrund der sehr guten Ergebnisse der letzten Forschungssaison, sind wir zuversichtlich, auf beiden oder einem der beiden Forschungswegen in ein paar Jahren zu praktischen Lösungen zu kommen.

Rahmen der Zulassung geprüft werden. Die Prüfung erfolgt in einem standardisierten internationalen gestuften Testsystem. Die Bewertungsrichtlinien werden ständig angepasst, um den Anforderungen an Substanzen mit neuen Wirkmechanismen oder einer neuen Applikationstechnik gerecht zu werden. Die geltenden Zulassungen können in Folge von Feldbeobachtungen und neu gewonnenen Erkenntnissen revidiert werden. In der Schweiz erfolgt die Risikobewertung und Zulassung von Pestiziden durch das Bundesamt für Landwirtschaft. Insektizide aus der Gruppe der Neonikotinoide sind in den letzten Jahren bezüglich ihrer letalen und subletalen Effekte auf Bienen ins Kreuzfeuer der Diskussion geraten. Einige Substanzen dieser Wirkstoffgruppe haben eine hohe Toxizität für Bienen und daher mit bestimmten Auflagen für die Anwendung gebunden, um eine Exposition der Bienen zu verhindern. Die wenigen aufgetretenen Vergiftungsfälle von Bienen durch diese Produkte können im Allgemeinen auf eine Missachtung dieser Auflagen zurückgeführt werden. Subletale Effekte, die man in Laborversuchen oder in Versuchen mit individuellen Bienen nachweisen konnte, haben sich bisweilen in Feldversuchen auf Kolonieebene nicht bestätigt. Es muss jedoch eindeutig zwischen Bienenverlusten während der Bienensaison und den Winterverlusten von Völkern unterschieden werden. Auf der Suche nach den Ursachen für die Winterverluste sind landwirtschaftlich genutzte Pestizide einer der untersuchten abiotischen Faktoren. Die aktuellen Studien zeigen jedoch keinen Zusammenhang zwischen den Winterverlusten und Pestiziden.

Viel diskutierte Rolle der Pflanzenschutzmittel Aufgrund der wichtigen Funktion als Bestäubter muss das Risiko von Planzenschutzmitteln auf Honigbienen im

Robert Sieber, Vizepräsident VDRB Jean-Daniel Charrière und Jochen Pflugfelder, Agroscope LiebefeldPosieux ALP-Haras

Michael Gysi wird Leiter der Forschungsanstalt Agroscope Der neue Leiter der Forschungsanstalt Agroscope heisst Michael Gysi. Der Vorsteher des Eidgenössischen Volkswirtschaftsdepartements (EVD) hat dem entsprechenden Antrag des Direktors des Bundesamts für Landwirtschaft (BLW) zugestimmt. Michael Gysi wird ab Anfang 2013 die drei bisherigen Forschungsanstalten Agroscope zusammenführen, sie ab 1. Januar 2014 als eine Einheit leiten und gleichzeitig Einsitz nehmen im Agroscope-Rat des BLW.

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Aktuell

INnet ue er nPeut b l i lni k a stionen

Veranstaltungen

Wie reagieren Kühe auf den Entmistungsschieber?

ART-Bericht 750

Wie reagieren Kühe auf den Entmistungsschieber? Untersuchungen zum Verhalten und zur Herzaktivität

April 2012

Autorinnen und Autoren Melanie Buck1, Beat Wechsler1, Lorenz Gygax1, Beat Steiner2, Adrian Steiner3, Katharina Friedli1 1

Zentrum für tiergerechte Haltung: Wiederkäuer und Schweine, Bundesamt für Veterinärwesen BVET, CH-8356 Ettenhausen; E-Mail: katharina.friedli@art.admin.ch 2 Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART, Bau, Tier und Arbeit, CH-8356 Ettenhausen 3 Vetsuisse-Fakultät Universität Bern, Departement für klinische Veterinärmedizin, Wiederkäuerklinik, CH-3001 Bern Impressum Herausgeber: Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Tänikon, CH-8356 Ettenhausen, Redaktion: Etel Keller, ART Die ART-Berichte/Rapports ART erscheinen in rund 20 Nummern pro Jahr. Jahresabonnement Fr. 60.–. Bestellung von Abonnements und Einzelnummern: ART, Bibliothek, 8356 Ettenhausen T +41 (0)52 368 31 31 F +41 (0)52 365 11 90 doku@art.admin.ch Downloads: www.agroscope.ch ISSN 1661-7568

Stationäre Entmistungsanlagen gehören zur Standardeinrichtung in MilchviehLaufställen. Sie bringen Arbeitserleichterung und sorgen für eine bessere Klauenhygiene. Ausserdem können sie zur Senkung der Ammoniakemissionen beitragen. Weil der Anteil der Kühe, die in einem Laufstall gehalten werden, stetig zunimmt und höhere Entmistungsfrequenzen angestrebt werden, kommen immer mehr Kühe häufiger in Kontakt mit dem Schieber. Um Beeinträchtigungen im Verhalten und um Verletzungen zu vermeiden, ist eine tiergerechte Gestaltung und Handhabung der Entmistungsanlagen entscheidend. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Einfluss von Entmistungsanlagen auf das Verhalten und die Herzaktivität als Indikator für die Stressbelastung der Kühe zu untersuchen. Daraus sollten Hinweise für den tiergerechten Einsatz abgeleitet werden, die

Tierhaltenden, Beratung und Stallbaufirmen zur Verfügung gestellt werden können. Die Herzfrequenzmessungen während der Entmistungsvorgänge deuten darauf hin, dass Kühe im Zusammenhang mit bestimmten Verhaltensweisen eine leichte Belastung empfinden. Ein Entmistungsvorgang kurz nach der Futtervorlage störte die Kühe beim Fressen und führte zu vermehrtem Fressen in der Nacht. Beim Vergleich von Faltschiebern und Kombischiebern mit verschiedenen Schieberhöhen wurde kein Einfluss auf die Verhaltensreaktionen der Kühe gefunden. Die untersuchten Schiebertypen können als tiergerecht eingestuft werden. Jedoch sind einige arbeitsorganisatorische und bauliche Aspekte zu berücksichtigen, um den tiergerechten Einsatz der Schieber sicherzustellen.

ART-Bericht 750 Stationäre Entmistungsanlagen gehören zur Standardeinrichtung in Milchvieh-Laufställen. Sie bringen Arbeitserleichterung und sorgen für eine bessere Klauen hygiene. Ausserdem können sie zur Senkung der Ammoniakemissionen beitragen. Weil der Anteil der Kühe, die in einem Laufstall gehalten werden, stetig zunimmt und höhere Entmistungsfrequenzen angestrebt werden, kommen immer mehr Kühe häufiger in Kontakt mit dem Schieber. Um Beeinträchtigungen im Verhalten und um Verletzungen zu vermeiden, ist eine tiergerechte Gestaltung und Handhabung der Entmistungsanlagen entscheidend. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Einfluss von Entmistungsanlagen auf das Verhalten und die Herzaktivität als Indikator für die Stressbelastung der Kühe zu untersuchen. Daraus sollten Hinweise für den tiergerechten Einsatz abgeleitet werden, die Tierhaltenden, Beratung und Stallbaufirmen zur Verfügung gestellt werden können. Die Herzfrequenzmessungen während der Entmistungsvorgänge deuten darauf hin, dass Kühe im Zusammenhang mit bestimmten Verhaltensweisen eine leichte Belastung empfinden. Ein Entmistungsvorgang kurz nach der Futtervorlage störte die Kühe beim Fressen und führte zu vermehrtem Fressen in der Nacht. Beim Vergleich von Faltschiebern und Kombischiebern mit verschiedenen Schieberhöhen wurde kein Einfluss auf die Verhaltensreaktionen der Kühe gefunden. Die untersuchten Schiebertypen können als tiergerecht eingestuft werden. Jedoch sind einige arbeitsorganisatorische und bauliche Aspekte zu berücksichtigen, um den tiergerechten Einsatz der Schieber sicherzustellen. Melanie Buck et al., Zentrum für tiergerechte Haltung: Wiederkäuer und Schweine, Bundesamt für Veterinärwesen BVET, 8356 Ettenhausen

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Aktuell

Medienmitteilungen

www.agroscope.admin.ch/medienmitteilungen www.agroscope.admin.ch/medienmitteilungen 29.05.2012 Neuzüchtungen durch den Bund: mehr als nur leistungsstarke Weizensorten

08.05.2012 Klimawandel fördert Schadinsekten: Beispiel Apfelwickler

In der Schweiz und im Ausland ist das Ansehen der Weizenzüchtung von Agroscope gross – die hohe Qualität der Sorten ist der Grund dafür. Aber das Züchtungsprogramm befasst sich mit weit mehr als «nur» mit der Sortenzüchtung. Durch das Züchtungsprogramm des Bundes, das Agroscope in enger Zusammenarbeit mit der Firma DSP betreibt, wurden 2011 in der Schweiz zehn und im Ausland zwei Weizensorten registriert. Seit 2001 wurden in der Schweiz und in achtzehn Ländern rund um den Globus fast hundert Sorten registriert. Alle Weizensorten, die aktuell von Swissgranum mit der Klasse Top und 1 empfohlen werden, stammen aus diesem Programm.

Die Landwirtschaft wird infolge des Klimawandels in Zukunft mit grösseren Schäden durch Insekten rechnen müssen. Einerseits werden neue Schädlinge einwandern oder sich weiter verbreiten. Andererseits werden sich heimische Schädlinge stärker vermehren und schwieriger zu bekämpfen sein. Deshalb untersuchten Insektenspezialisten von Agroscope in Zusammenarbeit mit MeteoSchweiz mittels Computermodellen das Risiko für Schäden durch den Apfelwickler bei zukünftigen Klimaszenarien. Die Resultate zeigen, dass Apfelwickler zahlreicher und länger in den Obstanlagen vorhanden sein werden. Es ist deshalb wichtig, schon jetzt nachhaltige Bekämpfungsstrategien für zukünftige Szenarien zu entwickeln.

15.05.2012 Befruchtende Zusammenarbeit in Weinbau und Oenologie Der Besuch einer Delegation des Stiftungsrates der EIC Hochschule für Technik Changins an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Wädenswil verdeutlichte einmal mehr: In den Fachbereichen Weinbau und Oenologie ergänzen sich Changins und Wädenswil sowohl in der Lehre wie auch in der Forschung optimal. Auf Fachhochschul-Ebene existiert bereits eine enge Zusammenarbeit im Rahmen des Master-Studiengangs Life Sciences. Neu wird angestrebt, auch beim Aufbau einer höheren Berufsbildung für Weinbau und Weintechnologie enger zusammenarbeiten. Die persönliche Begegnung eröffnete zudem Aussichten auf weitere Kooperationen zwischen Changins und Wädenswil.

14.05.2012 Feuerbrand-Resistenz-Gen lokalisiert Neue Apfelsorten sollen sich in Zukunft besser gegen den Feuerbrand-Erreger wehren können. Weltweit arbeiten verschiedene Teams an der Entwicklung feuerbrandresistenter Sorten. Nun haben Fachleute von Agroscope und der ETH Zürich gemeinsam einen weiteren Meilenstein erreicht: Sie haben das Resistenz-Gen des Wildapfels Malus x robusta 5 genau lokalisiert. Dank dieses Wissens können die Forschenden effizienter als bisher diejenigen Sämlinge zur weiteren Züchtung auswählen, die das Gen in sich tragen.

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Aktuell

Veranstaltungen

Juni 2012

Vor schau Juli–August 2012 / Heft 7–8 Berggebiete sind wichtige Elemente der Schweizer Landschaft. Im Projekt MOUNTLAND untersuchten Mitarbeitende der WSL, der ETH Zürich und Lausanne und weitere Projektpartner die Aus wirkungen von zukünftigen Klimaund Landnutzungsänderungen auf die Bereitstellung von Ökosystem leistungen in drei Bergregionen der Schweiz.

21. – 22.06.2012 Abschlusstagung BIOBIO Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Engelberg Juli 2012 27. – 29.07.2012 Eurocheval Offenburg Schweizerisches Nationalgestüt SNG Offenburg, Deutschland August 2012

••Nachhaltige Landnutzung im Berggebiet: Was leistet das inter- und transdisziplinäre Forschungsprojekt MOUNTLAND?, Robert Huber et al., WSL, ETH Zürich, EPFL Lausanne und Université de Franche-Comté Besançon

13.08.2012 InfoTag Arznei- und Gewürzpflanzen Agroscope Changins-Wädenswil ACW Agroscope ACW, domaine de Bruson

••Erhaltung der Wytweiden im Jura: klimatische und agrarpolitische Herausforderungen, Alexandre Buttler et al., EPFL Lausanne et al.

18.08.2012 Güttingertagung 2012 Agroscope Changins-Wädenswil ACW und BBZ Arenenberg Versuchsbetrieb Güttingen, Güttingen TG

••Wirkung von WDZ auf die Landnutzungsintensität in unterschiedlichen Berggebieten, Robert Huber et al., WSL und ETH Zürich ••Ökologisierung der Landwirtschaft im agrarpolitischen Prozess, Christian Hirschi und Robert Huber, ETH Zürich und WSL ••Gemüseanbau – Modellierung der Heterogenität und Intensität, Anke Möhring et al., ART und Universität Hohenheim ••Wasser-Kreuzkraut keimt schnell und zahlreich , Matthias Suter et al., ART und AGFF ••Mit ArboPlus Managementkompetenzen im Obstbau unterstützen, Esther Bravin et al., ACW ••Einfluss des Untersuchungszeitpunkts nach der Probenahme auf die Gesamtkeimzahl von Milch, Gérald Pittet et al., Suisslab AG, CHEMSTAT Bern und ALP-Haras

September 2012 09. – 12.09.2012 5th European Conference on Sensory and Consumer Research Agroscope und ZAHW Bern 13.09.2012 AGFF-Waldhoftagung 2012 AGFF, Profi-Lait, HAFL, ALP und ART Inforama Waldhof, Langenthal 13.09.2012 6. Ökobilanzplattform Landwirtschaft: Ökologische Bewertung von Fleisch Agroscope Reckenholz-Tänikon ART Reckenholz, Zürich-Affoltern

••Brennpunkte der Kartoffelforschung, Thomas Hebeisen und Brice Dupuis, ART und ACW

Informationen: Informationen: www.agroscope.admin.ch/veranstaltungen www.agroscope.admin.ch/veranstaltungen

Agrarforschung Schweiz 3 (6): 331–335, 2012

335

m u r t S n c e h z w z n e e i z t e p m o K Stra Wel teg tern ienvon For ähru schu ng ngs z N t Pers zfetlnicher acghswpla pek t un uchs tive senscha orsrcehn n wis F PERSPEKTIVEN FÜR FORSCHUNG & ENTWICKLUNG IM AGRO-FOOD BEREICH Für talentierte Nachwuchskräfte sind diese Perspektiven sehr gut, versicherten sieben grosse Arbeitgeber an der Jahrestagung des SVIAL 2012. Möchten Sie mehr darüber erfahren? Wir informieren Sie gerne: svial@svial.ch

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My Agro Food Network

Die Kunst Gruppenanlässe wirkungsvoll zu gestalten «Training für Moderatorinnen und Moderatoren» AGRIDEA Kurs vom 19. bis 23. November 2012 Inhaltsbausteine • Auftreten des Moderators / der Moderatorin vor der Gruppe • Moderationsvereinbarungen abschliessen • Gespräche in Gang bringen, steuern, abschliessen visualisieren und präsentieren • Abläufe von Veranstaltungen und Sitzungen gestalten ( Ziele, Methoden und Mittel bestimmen ) • Gruppenprozesse aufdecken und ansprechen

Der Kurs findet in Männedorf statt. Weitere Informationen: www.agridea-lindau.ch/kurse kurse@agridea.ch, Tel. 052 354 97 30