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Reduzierung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel im ökologischen Weinbau: Untersuchungen zu innovativen Kupferformulierungen mit hohem Reduktionspotential und Entwicklung von Strategien zu deren gezielter Anwendung gegen die Rebenperonospora

Weitbrecht, Karin; Schmidt, Carsten and Kassemeyer, Hanns-Heinz (2014) Reduzierung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel im ökologischen Weinbau: Untersuchungen zu innovativen Kupferformulierungen mit hohem Reduktionspotential und Entwicklung von Strategien zu deren gezielter Anwendung gegen die Rebenperonospora. [Reduction of copper containing plant protection products in ecological viticulture: Investigation of innovative copper formulation with high reduction potential and development of stringent strategies for their use.] Staatliches Weinbauinstitut Freiburg, D-Freiburg , Biologie.

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PDF - German/Deutsch (Schlussbericht)
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Summary

Kupfer ist ein vor allem in der ökologischen Landwirtschaft und dort viel in Sonderkulturen eingesetztes Pflanzenschutzmittel. Gerade in großflächigen Sonderkulturen wie Wein, Apfel oder Hopfen wird Kupfer im ökologischen Anbau gegen spezifische Krankheitsbilder erfolgreich eingesetzt: z.B. den Falschen Mehltau des Weins bzw. des Hopfens und den Erreger des Apfelschorfs (Venturia inequalis).
Der Einsatz von Kupfer als Pflanzenschutzmittel führt zu einer Anreicherung dieses Schwermetalls in den Böden. In Weinbergsböden wurde gezeigt, dass die Belastung Auswirkungen auf alle im Boden lebenden Organismen (Bodenzönose) und auch Kleinsäuger und Vögel haben kann. Große Kupfermengen führen zu einer reduzierten Biodiversität, was dem ökologischen Gedanken direkt entgegensteht. Das Problem wird dadurch verstärkt, dass es im ökologischen Bereich kaum eine Alternative zum Einsatz von Kupfer gibt.
In unserem Projekt wurden im Laufe von drei Jahren mehrere unterschiedliche Kupfersalze und auch etliche formulierte Kupferpräparate (mikroverkapseltes Kupfer) an Weinreben getestet um ihr Kupferminimierungspotential zu erforschen.
Unsere Versuche haben gezeigt, dass man um eine optimale Wirksamkeit von Kupfer gegen den Falschen Mehltau (Plasmopara viticola) der Weinrebe zu erreichen, eine hohe Verfügbarkeit von Kupferionen, durch beispielsweise leicht lösliche Stoffe wie Kupfersulfat, mit einer guten Blatthaftung kombinieren muss. Eine Mikroverkapselung ist ein Weg dies zu erreichen. Für unsere Versuche hat die Firma Agrolytix GmbH, Erlangen, ein mikroverkapseltes Präparat auf Kupfersulfatbasis hergestellt, die sogenannten CuCaps. Hierbei wurde das Kupfersulfat in Fett verkapselt.
Im Jahr 2012 hatte das Präparat alle Voraussetzungen erfüllt, in die nächste Testphase zu gehen. Anfang 2013 hat die Firma Agrolytix GmbH die Freisetzungskinetik des Kupfersulfats aus den Kapseln optimiert, so dass eine langanhaltende Wirkung auf den Blättern erreicht wurde. Entsprechend wurde dieses Präparat unter Praxisbedingungen im Staatsweingut Freiburg am Standort Blankenhornsberg getestet. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass das Präparat CuCaps an Weinblättern eine äquivalente Wirkung zum verwendeten Referenzprodukt (Cuprozin progress) hatte und selbst in einer geringeren Aufwandmenge von etwa 1.2 kg Kupfer pro Hektar und Jahr noch gute Wirksamkeit zeigte. Zusätzlich erwies sich, dass das mikroverkapselte Präparat signifikant besseren Schutz vor Neuinfektionen an Gescheinen und Trauben bot, als das kommerziell erhältliche Vergleichsprodukt.
In Laborexperimenten zeigte das Prüfpräparat sehr gute Haftungseigenschaften und Abwaschstabilität.
Während des BÖLN-Projekts wurden weitere Anwendungspartner aus unterschiedlichen landwirtschaftlichen Bereichen geworben: einerseits Dr. Christian Scheer vom Kompetenzzentrum Bodensee, andererseits Dr. Florian Weihrauch von der Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL). Beide setzten die CuCaps im Rahmen von Kupferminimierungsversuchen im Apfel- respektive Hopfenanbau ein und stellten ihre positiven Ergebnisse unter anderem auf dem Kupferfachgespräch in Berlin vor (2012/2013). Dies zeigt, dass wir mit den CuCaps dazu beitragen könnten im gesamten ökologischen Landbau die ausgebrachten Kupfermengen weiter zu minimieren.
Zusätzlich wurden während der Projektlaufzeit unterschiedliche Misch- und Ersatzstoffe für Kupfer getestet. Bei diesen Experimenten wurde festgestellt, dass die Ausbringung von Kupfer zusammen mit Netzschwefel eine verbesserte Wirkung gegen P. viticola mit sich bringt. Außerdem fanden wir eine transiente Wirkung von Hopfenextrakt auf den Falschen Mehltau der Weinrebe.
Auch das in Kooperation mit der Tumorbiologie Freiburg entwickelte Hexadecylphosphocholin wurde im Rahmen des Projektes untersucht und unter Freilandbedingungen geprüft und es zeigte dort sehr gute Wirksamkeit gegen den P. viticola.
Wir betrachteten im Projektverlauf auch etliche andere Naturstoffe, die in Voruntersuchungen mit Essigsäurebakterien Wirksamkeit zeigten, von denen aber keines eine gut reproduzierbare Wirkeffizienz in Blattscheibenessays hatte. Folglich wurden diese nach der ersten Prüfung nicht weiter im Projektverlauf untersucht.
Alles in allem stehen am Ende dieses Projekts mit den CuCaps ein Präparat, das, weiter entwickelt, den Eintrag von Kupfer in den Boden von Sonderkulturen verringern könnte, und drei potentielle Kupfermisch- oder Ersatzstoffe (Netzschwefel, Hopfenextrakt, HePC), deren Wirkungsweise und generelle Wirksamkeit weiter untersucht werden sollten.

Summary translation

Copper is prevalently used in organic agriculture in several specialized crops as a plant protection product. Especially largescale specialized cultures like apple, hops and wine are dependent upon copper containing plant protection products to protect their crops against a variety of pathogens. Copper is mainly used against oomycota like the Downy Mildew of hops or grape and the agent of the apple scap (Venturia inequalis).
Using copper in this fashion leads to heavy metal accumulation in soils of these cultures. In highly impacted vineyard soils a negative effect on soil organisms, small mammals and birds has previously been shown by other groups. Large amounts of copper in the soil have been implicated to reduce biodiversity of soil organisms like earthworms and microorganisms. Thus copper as a plant protection agent stands in stark contrast to the idea behind organic farming. This problem is amplifies in organic agriculture as there are literally no alternatives to the use of copper containing fungicides.
In our Project we tested the effect of several different copper salts and copper containing compound on grape Downy Mildew (P. viticola) to identify their copper minimizing potential. Our experiments showed that for an optimal effect against grape Downy Mildew an easily soluble copper salt like copper sulfate combined with a good adhesion to grape leafs yields the best results. Microencapsulation of copper is one way to achieve this. For our experiments copper sulfate was encapsulated in a fat capsule by the Agrolytix GmbH which resulted in our so called CuCaps. In 2012 this compound was ready move into the next phase of testing. An optimization of the release kinetics of copper ions from the capsules gave us slow release capsules. With these we could perform a successful test in the field. The slow release formula guarantees a long lasting effect on leafs. The field test was performed on site at the Blankenhornsberg in fields of the state’s vineyard (Staatsweingut Freiburg) under field and praxis conditions. We could show that the CuCaps had an equivalent effect compared to a commercially available product (Cuprozin progress). Even with a reduced application rate of app. 1.2kg pure copper per year and hectare we still had a good reduction of infection rate and strength. Additionally the CuCaps led to a significantly lower infection rate and strength of flower clusters and grapes compared to the commercially available product. We also tested the rainfastness under laboratory conditions. The results showed good adhesion and a good resistance to being washed off.
During the project several cooperation partners were convinced to also use the CuCaps in their respective projects. Dr. Christian Scheer from the “Kompetenzzentrum Obstbau-Bodensee” and Dr. Florian Weihrauch from the “Landesanstalt für Landwirtschaft” agreed to test our CuCaps in their cultures. Both presented their positive findings during the “Kupferfachgespräch” in 2012 and 2013. This shows that the CuCaps could be used not only in viticulture but in other crop plants as well and could add to the efforts of minimizing the introduction of copper into the soil in organic farming in general.
We also studied substances which could be used as additives to or replacements of copper con-taining plant protection agents. Our experiments showed that the addition of wettable sulfur (Netzschwefel) can increase the efficiency of copperbased plant protection substances but also shows an effect against P. viticola. We also found that an ethanolic extract of hops had a protec-tive effect against the Downy Mildew but this was only transient. Another good candidate as a replacement or additive substance was hexadechylphosphocholin which was a result of cooperation with the clinic for tumor biology in Freiburg. This substance was tested under field conditions and showed a good effect.
Additionally we also looked at a wide variety of other natural products which showed antimicrobial properties in our acetic acid bacteria screenings but none of those had a sufficient or stably reproducible effect on P. viticola. Thus they were excluded from further analysis.
All things considered this project resulted in the CuCaps as a compound which could lead to a fur-ther decrease in copper application in wine and other crops. It also yielded three substances (wettable sulfur, hops extract, HePC) which could further this process as additives or replacements and should be analyzed further.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖLN, BOELN, BÖL, BOEL, FKZ 09OE057, Kupfer, Kupferminimierung, ökologischer Weinbau, Falscher Mehltau
Subjects: Crop husbandry > Crop health, quality, protection
Crop husbandry > Production systems > Fruit and berries > Viticulture
Research affiliation: Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenschutz
Germany > Other organizations
Related Links:http://www.bundesprogramm-oekolandbau.de, http://www.bundesprogramm.de/fkz=09OE057, http://orgprints.org/perl/search/advanced?addtitle%2Ftitle=&keywords=09OE057&projects=BOEL&_order=bypublication&_action_search=Suchen
Deposited By: Kassemeyer, Dr. Hanns-Heinz
ID Code:27036
Deposited On:15 Sep 2014 12:35
Last Modified:15 Sep 2014 12:35
Document Language:German/Deutsch
Status:Unpublished
Refereed:Not peer-reviewed
Additional Publishing Information:Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft.
Projektleitung: Prof. Sr. Hanns-Heinz Kassemeyer, Staatliches Weinbauinstitut Freiburg

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