Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4163
Wegner, Reinhard
Studies on the Effect of Soil Moisture and Time of Application on the Distribution of the Herbicide Propoxycarbazone-Sodium (BAY MKH6561) in Plants (Wheat, Blackgrass) and Soil
VIII, 188 S., 2005
Untersuchung zum Einfluss von Bodenfeuchte und Behandlungszeitpunkt auf die
Verteilung des Herbizids Propoxycarbazone-Sodium (BAY MKH6561) in der Pflanze
(Weizen und Ackerfuchsschwanz) und im Boden
Die Verteilung und Konzentration von Propoxycarbazone-Sodium (MKH6561) und seiner
Metabolite wurde in Pflanze und Boden untersucht. Durch Versuche mit Bodensäulen und
Lysimeterwannen wurden Abhängigkeiten der Herbizidwirkung von der Bodenfeuchte und
dem Behandlungszeitpunkt bei Kulturpflanze (Weizen) und Zielgras (ALOMY) aufgeklärt.
Vor der Applikation von [phenyl-UL-14C]-markiertem MKH6561 wurden in Parabraunerde
und Saurer Braunerde unterschiedliche Bodenfeuchten (20 bis 60%WKmax) eingestellt. Nach
der Applikation zu zwei verschiedenen Zeitpunkten des vegetativen Wachstums (BBCH22
und 25), erfolgte die Simulation unterschiedlicher Niederschlagsereignisse ("normaler"
Niederschlag vs. Starkregen). Ziel ist es, Aussagen über die Wirkstoffaufnahme, Verlagerung
im Boden und Metabolisierung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Ausgangsvorraussetzungen
hinsichtlich Bodenfeuchte und Wachstumsstadien zu liefern. Die Ergebnisse sollen
zur Optimierung der Wirkung des Präparates genutzt werden.
Im Zielgras wurden, aufgrund der Lage des Hauptwurzelhorizontes ("Positionsselektivität"),
höhere MKH6561-Gesamtgehalte als im tiefer wurzelnden Weizen erreicht. Weizen wies
prozentual geringere Wirkstoff- sowie höhere Hauptpflanzenmetabolitgehalte (2-Hydroxypropoxy-
MKH6561) und somit bessere Verträglichkeit durch schnelleren Wirkstoffabbau auf.
ALOMY zeigte eine anteilsmäßig gleiche Verteilung beider Fraktionen und somit eine verlangsamte
"Entgiftung". Insgesamt lagen dort die Gehalte [in µg/g] aller Fraktionen, aufgrund
hoher MKH6561-Gesamtgehalte, höher als im Weizen. Durch Massenzuwachs der Pflanzen
und dem daraus resultierenden Verdünnungseffekt zeigten sich höhere MKH6561-Gesamtgehalte
bei frühem Applikationszeitpunkt (BBCH22) und geringere Gehalte bei späterem
(BBCH25). Es ist somit von einer Minderwirkung bei BBCH25 auszugehen. Die Bodenfeuchte
ist für die Ausprägung der Herbizidaufnahme maßgeblich verantwortlich. Bei hoher
Feuchte ist die beste herbizide Unkrautwirkung sowie gleichzeitig die stärkste Gefährdung der
Kultur zu erwarten. Die hohe Wirksamkeit und erhöhte Aufnahmeraten bei ALOMY auf der
Sauren Braunerde kann dadurch erklärt werden, dass die Pflanzen - bei gleicher Bodenfeuchte
- eine geringere Wasserspannung als auf der Parabraunerde überwinden müssen.
Im Boden sind erhöhte Translokationsraten bei hoher Feuchte zu erwarten. Mit fortschreitendem
Probenahmetermin steigen die Gehalte im Unterboden weiter an. Starkregen führt durch
abwärts gerichteten Wasserfluss und die Erhöhung der Bodenfeuchte zu hohen Verlagerungsraten
und starker Pflanzenaufnahme. Bei der Sauren Braunerde wird im Vergleich zur
Parabraunerde, aufgrund eines hohen Sand- und Grobporenanteils, eine höhere hydraulische
Leitfähigkeit, geringere effektive Retardation sowie sorptive Eigenschaften (lockere Bindung
des Wirkstoffs an die Bodenmatrix, niedrige KOCOC-Werte) nachgewiesen. Somit ist bei der
Sauren Braunerde mit einer stärkeren Verlagerung zu rechnen; Konzentrationen von >1 µg/kg
bzw. Gehalte >1% der applizierten Menge können im Unterboden jedoch ausgeschlossen
werden. Die Metabolisierung erfolgt langsamer als in der Pflanze. Das Metabolitenspektrum
umfasst einen Hauptmetaboliten (4-Hydroxysaccharin), der im Boden angereichert wird. In
der Sauren Braunerde wird ein schnellerer Wirkstoffabbau als bei der Parabraunerde
nachgewiesen.
Studies on the Effect of Soil Moisture and Time of Application on the Distribution of the
Herbicide Propoxycarbazone-Sodium (BAY MKH6561) in Plants (Wheat, Blackgrass)
and Soil
The distribution and concentration of propoxycarbazone-sodium (MKH6561) (a.i.) and its
metabolites in plant and soil were investigated. Soil columns and lysimeters were used to
examine the dependence of the herbicide action on soil moisture and time of application for
crop (wheat) and target grass (ALOMY). Before application of [phenyl-UL-14C] labelled
MKH6561, various levels of soil moisture (20 to 60%WHCmax) were adjusted in orthic luvisol
and gleyic cambisol. After the application at growth stages BBCH22 and 25, different precipitation
events were simulated ("normal" precipitation vs. heavy rain). The aim was thus to
provide information on plant uptake, translocation in soil and metabolization of a.i. as a
function of soil moisture and growth stage. The results will be used to optimise the
effectiveness of the compound.
The experiments show higher total MKH6561 content in ALOMY due to the position of the
main root horizon ("position selectivity"), compared to the deeper-rooting wheat. Wheat
displayed lower percentage content of a.i. but higher content of the major plant metabolite
(2-hydroxypropoxy-MKH6561) and thus better tolerance due to faster metabolization.
ALOMY showed a similar distribution of both fractions and slowed down "detoxification".
On the whole, the concentration [µg/g] of all the fractions considered was higher in ALOMY
due to higher total MKH6561 content than in wheat. Due to the increase in mass of the plants
and the resulting dilution effect, higher total MKH6561 content was found at the early
(BBCH22), and lower content at the later application date (BBCH25), where a reduced effect
of the herbicide is to be assumed. The soil moisture is the most important factor responsible
for herbicide uptake. Thus, at high soil moisture, the greatest herbicidal effect and, at the same
time, the greatest danger to the crop is to be expected. Due to lower pressure head at identical
soil moisture on gleyic cambisol in comparison to orthic luvisol, high uptake rates and
effectiveness of the herbicide in ALOMY on gleyic cambisol can be estimated.
In the soil, at high moisture, elevated translocation is to be expected. In the subsoil, the
concentrations further increase with advancing time after application. Heavy rain led to
elevated translocation and plant uptake due to downward water flow and the increase of soil
moisture, respectively. In gleyic cambisol, in comparison to orthic luvisol, a higher hydraulic
conductivity, lower effective retardation and lower sorptive properties (weak sorption of a.i.
to the soil matrix, low KOC values) were identified due to a high sand and coarse pore fraction.
Thus, stronger translocation is to be expected in gleyic cambisol but concentrations of
>1 µg/kg or contents of >1% of the applied quantity in subsoil layers can be ruled out.
Metabolization takes place more slowly than in the plant, forming one major soil metabolite
(4-hydroxysaccharin) which accumulates in soil. Degradation in gleyic cambisol was faster
than in orthic luvisol.
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