Insektizide und Herbizide

Allgemeine Informationen zu Insektiziden

Insektizide sind chemische oder biologische Stoffe, die bei der Bekämpfung von Schädlingen eingesetzt werden, um Schäden an Pflanzen, Tieren oder Menschen, an Nahrungsmitteln, Vorräten und anderen Materialen zu verhindern.
Insektizide lassen sich in mehrere Gruppen einteilen, wobei es jedoch Mehrfachklassifizierungen geben kann. Die Aufnahme der Insektizide kann über die Atemwege (Atemgifte), über den Magen-Darm-Trakt (Fraßgifte) sowie durch Berührung (Kontaktgifte) erfolgen. [Lit. 3]
Des weiteren werden unterschiedliche Weisen der Schädlingsbekämpfung unterschieden:

• Chemische Schädlingsbekämpfung
• Biologische Schädlingsbekämpfung
• Biotechnische Schädlingsbekämpfung
• Ökologische Schädlingsbekämpfung

Chemische Schädlingsbekämpfung

Die chemische Schädlingsbekämpfung ist die wohl verbreiteste Art des Pflanzenschutzes. Die Substanzen werden zumeist in flüssiger Form verspritzt, versprüht oder vernebelt, kleinräumig mit trag- oder fahrbaren Geräten, großräumig mit Flugzeugen.
Zusammen mit anderen Pflanzenschutzmaßnahmen hat man mit der chemischen Schädlingsbekämpfung beachtliche Erfolge bei der Seuchenbekämfung sowie bei der Steigerung von Agrarprodukten erziehlt. Durch eine breite Verwendung traten jedoch Probleme auf: Rückstände an Lebensmitteln und in Wohnungen, Anreicherung der Wirkstoffe in der Nahrungskette, Vernichtung von nützlichen Bodentieren (Regenwürmer) und damit Störung des ökologischen Gleichgewichtes.
Chemische Insektizide werden weiterhin in natürliche und synthetische eingeteilt . [Lit. 3]

Natürliche Insektizide sind die sogenannten

• Pyrethroide: Die insektizide Wirkung beruht bei dem Hauptwirkstoff des Pyrethrums, dem Pyrethrin I, auf einer Beeinflussung der Natriumkanäle der Nervenmembranen. Die geringe Stabilität sowie die hohen Herstellungskosten verhindern eine ökonomisch sinnvolle Verwendung in der Landwirtschaft, zumal analoge synthetische Verbindungen leicht herzustellen sind (siehe unten). [Lit. 3]
• Rotenoide: Diese Verbindungen, die in Wurzeln und Samen von in tropischen Gebieten beheimateten Schmetterlingsblütlern auftreten, werden seit Jahrhunderten zur Ungezieferbekämfung, zur Bereitung von Pfeilgiften und zur Betäubung von Fischen eingesetzt. Es sind im allgemeinen farblose, wasserlösliche giftige Substanzen. Die Wirkung als Insektizid beruht auf einer Störung des wichtigen Citronensäure-Cyclus. [Lit. 3]
• Alkaloide: Unter einem Alkaloid versteht man gewöhnlich einen stickstoffhaltigen, basischen, in einer Pflanze vorkommenden Stoff mit einer ausgeprägten, charakteristischen physiologischen Wirkung .[Lit. 4, S.38] Chemisch gesehen stellen die Alkaloide keine einheitliche Stoffgruppe dar. Einige Beispiele für Alkaloide:das aus der Tabakpflanze gewonnene Nicotin, das Opium und das früher als Malariabekämpfungsmittel verwendete und heutzutage in einige Getränken vorkommende Chinin.
• Endotoxine: Endotoxine sind giftige Stoffe, die aus Bakterien isoliert werden. Sie sind bei allen sog. Enterobacteriaceae, eine gewisse Familie von Bakterien, so zum Beispiel bei Salmonella (Thyphus), zu finden. [Lit. 3]

Die synthetischen Insektizide lassen sich weiterhin in anorganische und organische Insektizide einteilen.

Anorganische Insektizide wie Arsen-Präparate, Kryolith ode Cyanwasserstoff sind in der Bundesrepublik verboten. [Lit. 3]

Organische Insektizide werden wie folgt eingeteilt. [Lit. 3]

• Chlorkohlenwasserstoffe sind fettlösliche, oftmals recht beständige Verbindungen wie DDT, Aldrin oder Lindan, die sich leicht im Fettgewebe anreichern. [Lit. 3] Gemeinsame toxische Eigenschaft aller flüchtigen Chlorkohlenwasserstoffe ist ihre narkotische und hautreizende Wirkung [Lit.5, S. 188] Die spezifische Toxizität ist an den jeweiligen Metabolismus geknüpft.
  Hochchlorierte Substanzen mit insektizieder Wirkung wie Aldrin wirken allgemein neurotoxisch auf Warmblütler, also auch dem Menschen. Vergiftungserscheinungen sind Übererregbarkeit und Lähmungen. [Lit. 5, S. 191]
• Phosphorsäureester: Sog. Dialkylphosphate besitzen eine hohe neurotoxische Wirkung durch Hemmung der Acetylcholinesterase, ein Enzym, das für den Abbau von durch die Übertragung von Nervenimpulsen gebildetem Acetylcholin verantwortlich ist. Eine solche Blockierung führt zu einer Daueranregung, die mit dem Tod enden kann. [Lit. 3]
  Es ist daher nicht verwunderlich, daß Phosphorsäureester nicht nur als Kontaktinsektizide, sondern auch als chemische Kampfstoffe Verwendung finden. [Lit. 5, S. 218]
  Damit eine insektizide Wirkung vorhanden ist, müssen die Phosphorsäureester eine gewisse Struktureinheit, die sog. Schrader-Formel (nach dem bei der Bayer AG in den dreißiger Jahren arbeitenden Chemiker G. Schrader), besitzen: am Phosphor muß direkt ein Schwefel- oder Sauerstoffatom gebunden sein, die weiteren Reste können Alkoxy-, Alkyl- oder Aminogruppen sein. [Lit.5, S. 218]
  Vergiftungssymptome wie Erbrechen, Muskelschwäche, Kopfschmerzen, Atemlähmungen sowie Leber- und Nierenschäden treten nach erfolgter Exposition schnell auf, die Dauer beträgt je nach Stärke der Exposition mehrere Tage. Als Gegenmaßnahme von akuten Vergiftungen werden Atropin und bestimmte Oxime (Pralidoxim) intravenös injeziert. [Lit. 5, S. 88]
  Im Gegensatz zu den Chlorkohlenwasserstoffen werden Phosphorsäureester relativ schnell abgebaut. [Lit. 5, S. 219]
  Bekanntester Vertreter stellt wohl das Parathion (E605) dar, andere Beispiele sind Bromophos und Malathion.
• Carbamate wie zum Beispiel Carbaryl, Carbofuran oder Propoxur hemmen wie die Phosphorsäk;ureester ebenfalls das Enzym Acetylcholinesterase und entfalten daher eine ähnliche neurotoxische Aktivität. Wahrscheinlich besitzen Carbamate eine immunsuppressive Wirkung. [Lit. 5, S. 95f]
• Synthetische Pyrethroide wie Allethrin, Cyfluthrin und Permethrin. [Lit. 3]

Die Wirkung von Insektiziden kann im Laufe der Zeit eingeschränkt werden, da die Schädlinge Resistenzen entwickeln. Daher erscheint ein Einsatz von Synergisten, aslo Stoffen, die selbst keine insektizide Wirkung besitzen, aber zusammen mit Insektiziden deren Wirkung verstärken, sinnvoll. [Lit. 3]

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Biologische Schädlingsbekämpfung

Die biologische Schädlingsbekämpfung versucht mit biologischen Methoden die Population von Schädlingen einzugrenzen. Einsatz finden primär natürliche Feinde der Schädlinge, zum Beispiel Räber, Schmarotzer und Krankheitserreger. Durch intensive Forschung wurden eine Vielzahl entsprechender Lebewesen gefunden: insektenpathogene Bakterien, Pilze und Viren, räuberische Insekten. [Lit. 3] So werden Marienkäfer sowie Schweb- und Florfliegenlarven gegen Blattläuse eingesetzt.

Probleme bei der Massenzüchtung, dem Transport und der Lagerung verhinderten bislang eine breite Anwendung biologischer Methoden.
Im Gegensatz zur chemischen Schädlingsbekämpfung wird durch biologische Schädlingsbekämpfung die Umwelt nicht belastet. Jedoch kann es zu Ungleichgewichten führen, so daß vor dem Einsatz sorgfältige Untersuchungen notwendig sind. Ansonsten können die Auswirkungen außer Kontrolle geraten, wie am Beispiel der Myxomatose bei Kaninchen deutlich wird. [Lit. 3]

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Biotechnische Schädlingsbekämpfung

Unter biotechnischer Schädlingsbekämpfung versteht man ein Zusammenspiel unterschiedlicher Methoden und Verfahren, mit deren Hilfe Schädlinge abgewehrt werden sollen. So werden physikalische (zum Beispiel Licht) und chemische Reize (zum Beispiel Sexuallockstoffe) zur Anlockung von Schädlingen ausgenutzt. Auch eine Verwendung von Insektenabwehrmitteln (Repellents) kann sinnvoll sein. Als Beispiel mag das Allround-Repellent N,N-Diethyl-3-methyl-benzamid (DEET) dienen, das vornehmlich gegen Mücken, Bremsen und Zecken wirkt. [Lit. 3] Zum Pflanzenschutz hat sich das seit 1882 im Weinbau als Fungizid verwendete "Bordeaux" sowie Kupferkalkbrühe als nützlich erwiesen. [Lit. 3]

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Ökologische Schädlingsbekämpfung

Die ökologische Schädlingsbekämpfung ist eine Weiterentwicklung der biologischen Schädlingsbekämpfung. Ein Schädlingsbefall kann oftmals nicht auf eine einzige Ursache zurückgeführt werden, sondern ist an mehreren Stellen des Ökosystems verankert. Ziel einer ökologische Schädlingsbekämpfung ist daher die Wiederherstellung einer artenreichen Biozönose, um den natürlichen Feinden der Schädlinge, die durch eine Verwendung von wenig selektiven Pestiziden ausgerottet wurden, wieder einen natürlichen Lebensraum zu beschaffen und damit ein ökologisches Gleichgewicht herzustellen. Dazu gehört allgemein eine Verbesserung der Lebensbedingungen, zum Beispiel duch Hecken, Vogelschutz, Brutbecken und Überwinterungsplätzen.

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Allgemeine Informationen zu Herbiziden[Lit. 3]

Unter Herbiziden [zu lat. herba "Pflanze" und caedere "töten"] werden chemische Unkrautbekämpfungsmittel verstanden.
Schadpflanzen konkurrieren mit Nutzpflanzen um Licht, Wasser, Nährstoffe und Lebensraum. Es ist daher wüschenswert, durch eine Verringerung der Schadpflanzen eine Steigerung der Fächenerträge zu erreichen.
Die Ausbringung der Wirkstoffe kann in flüssiger Form, aber auch als Granulat erfolgen.

Auch Herbizide erfahren eine weitere Einteilung, wobei ein Stoff zu mehreren Klassen gehöhren kann.

• Zeitpunkt der Ausbringung: Es wird zwischen Vorsaat, Vorauflauf (d.h. bevor die Blätter an die Bodenoberfläche gelangen) und Nachauflauf unterschieden.
• Ort der Wirkung: Die Wirkstoffe können von unterschiedlichen Teilen der Pflanze aufgenommen werden, bzw. an unterschiedlichen Stellen die Pflanzen angreifen. Boden-Herbizide werden über die Wurzeln, Blatt-Herbizide über die Blätter, und Kontakt-Herbizide am jeweiligen Benetzungsort aufgenommen.
• Selektivität der Wirkung: Man unterscheidet:
  • Total-Herbizide vernichten wahllos die gesamte Vegetation. Ein Beispiel ist das von Monsanto entwickelte Herbizid "Roundup". Mit gentechnische Verfahren werden momentan Nutzpflanzen entwickelt (z.B. "Roundup Ready Mais"), die gegen das Totalherbizid resistent sind. Angesichts von Nachweisen, daß genmanipulierte Pflanzen ihr Erbgut an Wildpflanzen weitergeben [Lit. 6], scheint eine solche Entwicklung nicht unbedenklich.
  • Semitotal-Herbizide werden lediglich von verholzten Pflanzen in einem gewissenMaße vertragen. Einsatz finden Semitotal-Herbizide daher vornehmlich im Weinbau und in Baumschulen
  • Selektive Herbizide bilden die wichtigste Gruppe der Herbizide. Sie verbinden eine hohe Wirkung gegen Schadpflanzen mit einer hohen Verträglichkeit von Nutzpflanzen. In der Praxis werden oft Kombinationen von selektiven Herbiziden eingesetzt, um eine optimale Wirkung zu erzielen.
• Verteilung der Wirkstoffe in der Pflanze: Es wird zwischen systemischen Wirkstoffen, die in der Pflanze, zum Beispiel durch Weiterleitung im Saftstrom, verteilt werden, und nicht-systemischen Herbiziden unterschieden

Die Wirkung der Herbizide beruht auf einen Eingriff in das Stoffwechselsystem der Pflanzen. So kann zum Beispiel die Photosysnthese oder die Atmung blockiert werden, oder der Wachstum so stark angeregt werden, daß sich die Pflanze "zu Tode" wächst.

Chemisch wird zwischen anorganischen und organischen Herbiziden unterschieden. Beispiele sind:

• Anorganische Herbizide
  • Eisen(III)-sulfat
  • Kupfer(II)-sulfat
• Organische Herbizide
  • DNOC (2-Methyl-4,6-dinitrophenol)
  • Paraquat-Dichlorid (1,1'-Dimethyl-4,4'-bipyridiniumdichlorid), ein 1958 eingeführtes Kontakt-Herbizid
  • Diquat (6,7-Dihydro-dipyrido[1,2-a; 2,1-c]pyrazindiium-dibromid), ein 1957 eingeführtes Kontakt-Herbizid, das sich besonders zur Abtötung von Kartoffelkraut vor der Ernte eignet.
  • 2,4-D (2,4-Dichlorphenoxyessigsäure) und 2,4,5-T (2,4,5-Trichlorphenoxyessigsäure), die Wirkstoffe des im Vietnamkrieges (1965-1971) breit eingesetzten Entaubungsmittels Agent Orange. [Lit. 5, S. 195]

Bei der Herstellung der Pestizide werden zum Teil gefährliche Substanzen eingesetzt, wie bei dem Giftgasunglück in Bhopal (Indien) in Erinnerung gerufen wurde: aus einer Pestizidfabrik (Union Carbide) entwich Methylisocyanat, das 3400 Tote und mehrere Zehntausend Verletzte forderte. [Lit. 6].

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Das Insektizid DDT

Das Insektizid DDT (1,1,1-Trichlor-2,2-bis(p-chlorphenyl)ethan) ist seit den achziger Jahren des 19. Jahrhunderts bekannt. Jedoch wurde die insektizide Wirkung erst 1941 von Paul H. Müller entdeckt. [Lit. 1, S. 172]
Die chemische Struktur der Verbindung ist folgende:

Nachdem die insektizide Wirkung erkannt war, wurde DDT sofort zur Bekämpfung der Malaria-übertragenden Anopheles-Mücke eingesetzt. In Sri Lanka war es durch Einsatz von DDT mögliche, die Anzahl der unter Malaria Leidenden von 2800000 auf 110 Fälle zu reduzieren! [Lit. 1, S. 172] Jahrelang stellte DDT das wichtigste Insektizid dar.

Als fettlösliche Verbindung reicherte sich DDT durch die ausgeprägte Verwendung im Fettgewebe unterschiedlicher Lebewesen an (Fische, Vögel), und gelangte über die Nahrungskette schließlig zum Menschen. [Lit. 1, S. 172]
Beim Menschen treten Vergiftungserscheinungen erst bei einer Aufnahme von ca. 300 bis 500 mg auf und äußern sich unter anderm in Schweißausbrüchen und Übelkeit. Bei höheren Dosen kommt es zu Gleichgewichtsstörungen. [Lit. 3]
Doch nicht nur über die Nahrungskette wird DDT verbreitet, sondern auch über die Atmosphäre durch Winde. [Lit. 5, S. 265]

Das primäre Abbauprodukt des DDTs mit dem Namen 1,1-Dichlor-2,2-bis(p-chlorphenyl)ethen, hemmt ein Enzym, das bei Vögeln für die Steuerung der Calciumzufuhr bei der Eierschalenproduktion verantwortlich ist, so daß die Eierschalen nicht dick genug und damit instabil werden. Eine mögliche Folge davon war die starke Dezimierung der Populationen von Seeadlern, Falken und Habichten zu Beginn der 50er Jahre. [Lit. 1, S. 172]

Nachdem die schädigende Wirkung einer ausgeprägten Verwendung von DDT erkannt war, wurde diese teilweise eingestellt. Als Folge stieg die Anzahl der Malariakranken in Sri Lanka wieder auf 2500000 an!
Die Verwendung von DDT ist heute in den meisten Industrieländern verboten. Da es jedoch bislang keine billige Alternative zu DDT gibt, findet das Insektizid auch heute noch in Teilen der Dritten Welt Anwendung. [Lit. 1, S. 172]

Als möglicher Ersatz für DDT gilt der Stoff Lindan, der zum Beispiel in der Bundesrepublik eingesetzt wird: [Lit. 2, S. 174]

Wie DDT handelt es sich bei Lindan um ein Kontaktgift, das aufgrund seiner hohen Fettlöslichkeit in den Körper eindringt, wo es primär das Nervensystem beeinflußt. [Lit. 2, S. 174] Da es nur langsam abgebaut wird reichert es sich wie das DDT in der Nahrungskette des Menschen an. Da es bislang nicht in einem so großen Ausmaße eingesetzt wurde wie DDT, sind die weltweiten Rückstandsprobleme noch nicht so gravierend. Jedoch ist eine weitreichende Lindan-Anwendung ökologisch ebenso bedenklich wie die Anwendung von DDT. [Lit. 2, S. 174]

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Das Insektizid Parathion (E605) [Lit. 5, S. 221]

Parathion ist das bekannteste insektizide Dialkylphosphat, und besitzt die genaue chemischen Bezeichnung O,O-Diethyl-O-(4-nitrophenyl)-thiophosphat. Es wurde 1944 von dem Chemiker G. Schrader entwickelt.

Eine schnelle Resorption erfolgt über die Lunge und die Haut. Es sind mehrere hundert Vergiftungen beim Menschen, bedingt durch berufliche Expositionen oder versehentliche Einnahmen, beschrieben.
Die Wirkung beruht auf der Hemmung des Enzyms Acetylcholinesterase. Durch Gabe von Oximen ist eine Reaktivierung der betroffenen Enzyme möglich.

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Literatur

Die Informationen zu diesem Beitrag wurden entnommen aus:

1. H. R. Christen, F. Vögtle: Organische Chemie - Von den Grundlagen zur Forschung
   Band 1, Otto Salle Verlag, Frankfurt/Main 1988
2. G. Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung
   Teubner Studienbücher, Stuttgart 1990.
3. J. Falbe und M. Regitz (Hrsg.): CD Römpp
   9. erweiterte und überarbeitete Auflage des Römpp Chemie Lexikons auf CD-ROM, Version 1.0
   Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995
4. H. R. Christen, F. Vögtle: Organische Chemie - Von den Grundlagen zur Forschung
   Band 2, Otto Salle Verlag, Frankfurt/Main 1988
5. G. Eisenbrand, M. Metzler: Toxikologie für Chemiker: Stoffe, Mechanismen, Prüfverfahren,
   Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1994.
6. Süddeutsche Zeitung, 30.10.1997
7. Informationen des Bundesumweltamtes: Umweltkatastrophen. [Online]. Available: http://www.umweltbundesamt.de/ uba-info-daten-t/daten-t/umweltkatastrophen.htm. [15.12.1997].

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