Biopestizide sind ein wichtiges Instrument zur Umsetzung der Strategie für ein „grünes Ernährungssystem“ in Japan. Dieser Artikel beschreibt die Definition und Kategorie von Biopestiziden in Japan und klassifiziert deren Zulassung, um anderen Ländern als Referenz für deren Entwicklung und Anwendung zu dienen.
Aufgrund der relativ begrenzten landwirtschaftlichen Nutzfläche in Japan ist der Einsatz von mehr Pestiziden und Düngemitteln notwendig, um die Ernteerträge pro Fläche zu steigern. Der vermehrte Einsatz chemischer Pestizide hat jedoch die Umweltbelastung erhöht. Um eine nachhaltige landwirtschaftliche und ökologische Entwicklung zu erreichen, ist es daher besonders wichtig, Boden, Wasser, Biodiversität, ländliche Landschaften und die Ernährungssicherheit zu schützen. Da hohe Pestizidrückstände in den Ernten zu einer Zunahme von Krankheiten führen, greifen Landwirte und die Bevölkerung vermehrt auf sicherere und umweltfreundlichere Biopestizide zurück.
Ähnlich der europäischen Initiative „Vom Hof auf den Tisch“ entwickelte die japanische Regierung im Mai 2021 eine „Strategie für ein grünes Ernährungssystem“. Ziel dieser Strategie ist es, den risikogewichteten Einsatz chemischer Pestizide bis 2050 um 50 % zu reduzieren und die Fläche des ökologischen Anbaus auf 1 Million Hektar (entspricht 25 % der japanischen Ackerfläche) zu erhöhen. Die Strategie zielt darauf ab, die Produktivität und Nachhaltigkeit der Bereiche Ernährung, Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Fischerei durch innovative Resilienzmaßnahmen (MeaDRI) zu verbessern. Dazu gehören integrierter Pflanzenschutz, verbesserte Anwendungsmethoden und die Entwicklung neuer Alternativen. Besonders wichtig ist dabei die Entwicklung, Anwendung und Förderung des integrierten Pflanzenschutzes (IPM), wobei Biopestizide ein wichtiges Instrument darstellen.
1. Definition und Kategorie von Biopestiziden in Japan
Biopestizide unterscheiden sich von chemischen oder synthetischen Pestiziden und bezeichnen im Allgemeinen Pestizide, die relativ sicher oder umweltfreundlich für Mensch, Umwelt und Ökosystem sind und auf biologischen Ressourcen basieren. Je nach Herkunft der Wirkstoffe lassen sich Biopestizide in folgende Kategorien einteilen: Erstens mikrobielle Pestizide, darunter Bakterien, Pilze, Viren und Mikroorganismen (auch gentechnisch veränderte) sowie deren Stoffwechselprodukte; zweitens pflanzliche Pestizide, darunter lebende Pflanzen und deren Extrakte sowie pflanzliche Schutzstoffe (gentechnisch veränderte Pflanzen); drittens Pestizide tierischen Ursprungs, darunter lebende insektenpathogene Nematoden, Parasiten und Raubtiere sowie tierische Extrakte (wie Pheromone). In den Vereinigten Staaten und anderen Ländern werden auch natürliche mineralische Pestizide wie Mineralöl als Biopestizide eingestuft.
Der japanische Verband SEIJ unterteilt Biopestizide in Pestizide auf Basis lebender Organismen und biogene Substanzen. Pheromone, mikrobielle Metabolite (Antibiotika für die Landwirtschaft), Pflanzenextrakte, mineralische Pestizide, Tierextrakte (wie Arthropodengift), Nanoantikörper und in Pflanzen eingebettete Schutzstoffe zählen zu den biogenen Substanzen. Der Verband der japanischen Landwirtschaftsgenossenschaften unterteilt japanische Biopestizide in natürliche Feind-Arthropoden, natürliche Feind-Nematoden, Mikroorganismen und biogene Substanzen. Inaktiviertes Bacillus thuringiensis zählt er zu den Mikroorganismen, während landwirtschaftliche Antibiotika nicht zu den Biopestiziden gehören. In der japanischen Schädlingsbekämpfung werden Biopestizide jedoch eng als biologische, lebende Pestizide definiert, d. h. als „biologische Bekämpfungsmittel wie antagonistische Mikroorganismen, pflanzenpathogene Mikroorganismen, insektenpathogene Mikroorganismen, insektenparasitäre Nematoden sowie parasitäre und räuberische Arthropoden zur Schädlingsbekämpfung“. Mit anderen Worten: Japanische Biopestizide sind Pestizide, die lebende Organismen wie Mikroorganismen, entomopathogene Nematoden und natürliche Feinde als Wirkstoffe vermarkten. Die in Japan zugelassenen Arten und Sorten biologischer Ausgangsstoffe fallen jedoch nicht unter die Kategorie der Biopestizide. Gemäß den japanischen „Maßnahmen zur Behandlung der Ergebnisse von Sicherheitsbewertungstests im Zusammenhang mit der Zulassung mikrobieller Pestizide“ unterliegen gentechnisch veränderte Mikroorganismen und Pflanzen in Japan zudem nicht der Kategorie der biologischen Pestizide. In den letzten Jahren hat das Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei auch den Neubewertungsprozess für Biopestizide eingeleitet und neue Standards für die Nichtregistrierung von Biopestiziden entwickelt, um die Möglichkeit zu verringern, dass die Anwendung und Verbreitung von Biopestiziden erhebliche Schäden am Lebensraum oder Wachstum von Tieren und Pflanzen in der lebenden Umwelt verursachen kann.
Die 2022 vom japanischen Ministerium für Landwirtschaft, Forsten und Fischerei veröffentlichte „Liste der Betriebsmittel für den ökologischen Anbau“ umfasst alle Biopestizide und einige Pestizide biologischen Ursprungs. Japanische Biopestizide sind von der Festlegung von zulässigen Tagesdosen (ADI) und Höchstmengen für Rückstände (MRL) ausgenommen und können daher gemäß dem japanischen Standard für ökologischen Landbau (JAS) in der Produktion landwirtschaftlicher Erzeugnisse eingesetzt werden.
2. Überblick über die Registrierung biologischer Pestizide in Japan
Als führendes Land in der Entwicklung und Anwendung von Biopestiziden verfügt Japan über ein relativ umfassendes System zur Verwaltung der Pestizidzulassung und eine vergleichsweise große Vielfalt an registrierten Biopestiziden. Laut den Statistiken des Autors waren im Jahr 2023 in Japan 99 biologische Pestizidpräparate mit 47 Wirkstoffen zugelassen und wirksam. Dies entspricht etwa 8,5 % aller Wirkstoffe in zugelassenen Pestiziden. 35 dieser Wirkstoffe werden als Insektizide (darunter 2 Nematizide) und 12 als Sterilisationsmittel eingesetzt. Herbizide oder andere Anwendungsgebiete sind nicht vorhanden (Abbildung 1). Obwohl Pheromone in Japan nicht zu den Biopestiziden zählen, werden sie häufig zusammen mit Biopestiziden als Düngemittel im ökologischen Landbau beworben und eingesetzt.
2.1 Biologische Schädlingsbekämpfungsmittel natürlicher Feinde
In Japan sind 22 Wirkstoffe von Nützlingen in Biopestiziden zugelassen, die sich nach Artenzugehörigkeit und Wirkungsweise in parasitäre Insekten, räuberische Insekten und Raubmilben unterteilen lassen. Räuberische Insekten und Raubmilben ernähren sich von Schadinsekten, während parasitäre Insekten ihre Eier in Schädlingen ablegen. Die daraus schlüpfenden Larven ernähren sich vom Wirt und entwickeln sich zu diesem, bis sie ihn töten. Zu den in Japan zugelassenen parasitären Hautflüglern, wie beispielsweise der Japanischen Blattlausbiene (Mylostomus japonicus), sowie der Hemiptera-Biene werden hauptsächlich zur Bekämpfung von Blattläusen, Fliegen und Weißen Fliegen im Gewächshausanbau eingesetzt. Die räuberischen Florfliegen, Wanzen, Marienkäfer und Thripse dienen ebenfalls hauptsächlich der Bekämpfung von Blattläusen, Thripsen und Weißen Fliegen im Gewächshausanbau. Die Raubmilben werden hauptsächlich zur Bekämpfung von Spinnmilben, Blattmilben, Tyrophagen, Pleurotarsus, Thripsen und Weißen Fliegen an Gemüse, Blumen, Obstbäumen, Bohnen und Kartoffeln im Gewächshaus sowie an Gemüse, Obstbäumen und Tee im Freiland eingesetzt. Zu den Raubmilben gehören Anicetus beneficus, Pseudaphycus mali⁃nus, E. eremicus, Dacnusa Sibirica sibirica, Diglyphus isaea, Bathyplectes anurus, degenerans (A. (=Iphiseius) degenerans) und A. cucumeris. Die Registrierung von Nützlingen wie O. sauteri wurde nicht erneuert.
2.2 Mikrobielle Pestizide
In Japan sind 23 mikrobielle Pestizidwirkstoffe registriert, die sich nach Art und Verwendungszweck der Mikroorganismen in virale, bakterielle und fungale Insektizide/Fungizide unterteilen lassen. Mikrobielle Insektizide töten oder bekämpfen Schädlinge durch Infektion, Vermehrung und Toxinproduktion. Mikrobielle Fungizide bekämpfen pathogene Bakterien durch Konkurrenz um die Besiedlung, Sekretion antimikrobieller Substanzen oder Sekundärmetaboliten und Induktion von Pflanzenresistenz [1-2, 7-8, 11]. Pilznematizide (Prädation) Monacrosporium phymatopagum, mikrobielle Fungizide Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas sp.CAB-02, nicht-pathogenes Fusarium oxysporum und der abgeschwächte Stamm des Pepper mild mottle virus, und die Registrierung mikrobieller Pestizide wie Xan⁃thomonas campestris pv.retroflexus und Drechslera monoceras wurden nicht verlängert.
2.2.1 Mikrobielle Insektizide
Die in Japan zugelassenen granulären und nukleären Polyedervirus-Insektizide werden hauptsächlich zur Bekämpfung spezifischer Schädlinge wie Apfel-, Tee- und Langblättriger Teeringelflechte sowie von Streptococcus aureus an Kulturpflanzen wie Obst, Gemüse und Bohnen eingesetzt. Als am weitesten verbreitetes bakterielles Insektizid wird Bacillus thuringiensis vorwiegend zur Bekämpfung von Schmetterlings- und Wanzenschädlingen an Kulturpflanzen wie Gemüse, Obst, Reis, Kartoffeln und Rasen verwendet. Unter den zugelassenen Pilzinsektiziden dient Beauveria bassiana hauptsächlich zur Bekämpfung von stechenden und beißenden Schädlingen wie Thripsen, Schildläusen, Weißen Fliegen, Milben, Käfern, Kohlweißlingen und Blattläusen an Gemüse, Obst, Kiefern und Tee. Beauveria brucei wird zur Bekämpfung von Käfern wie Langschwanzkäfern und anderen Schädlingen an Obstbäumen, Bäumen, Engelwurz, Kirschblüten und Shiitake-Pilzen eingesetzt. Metarhizium anisopliae wird zur Bekämpfung von Thripsen im Gewächshausanbau von Gemüse und Mangos eingesetzt; Paecilomyces furosus und Paecilopus pectus werden zur Bekämpfung von Weißen Fliegen, Blattläusen und Spinnmilben im Gewächshausanbau von Gemüse und Erdbeeren verwendet. Der Pilz wird zur Bekämpfung von Weißen Fliegen und Thripsen im Gewächshausanbau von Gemüse, Mangos, Chrysanthemen und Lisiflorum eingesetzt.
Als einziges in Japan zugelassenes und wirksames mikrobielles Nematizid wird Bacillus Pasteurensis punctum zur Bekämpfung von Wurzelgallennematoden in Gemüse, Kartoffeln und Feigen eingesetzt.
2.2.2 Mikrobiozide
Das in Japan zugelassene virusähnliche Fungizid Zucchini Yellowing Mosaic Virus (attenuierter Stamm) wurde zur Bekämpfung der Mosaikkrankheit und der durch Gurkenviren verursachten Fusariumwelke eingesetzt. Unter den in Japan zugelassenen bakteriologischen Fungiziden wird Bacillus amylolitica zur Bekämpfung von Pilzkrankheiten wie Braunfäule, Grauschimmel, Schwarzfleckenkrankheit, Weißsternkrankheit, Mehltau, Schwarzschimmel, Blattschimmel, Fleckenkrankheit, Weißrost und Blattfleckenkrankheit an Gemüse, Obst, Blumen, Hopfen und Tabak verwendet. Bacillus simplex wurde zur Vorbeugung und Behandlung von Bakterienwelke und Bakterienbrand an Reis eingesetzt. Bacillus subtilis wird zur Bekämpfung bakterieller und pilzlicher Erkrankungen wie Grauschimmel, Echter Mehltau, Schwarzer Stern, Reisbrand, Blattmehltau, Schwarzfleckenkrankheit, Blattfleckenkrankheit, Weißfleckenkrankheit, Fleckenkrankheit, Krebskrankheit, Fäule, Schwarzschimmelkrankheit, Braunfleckenkrankheit, Schwarzer Blattfleckenkrankheit und Bakterienfleckenkrankheit an Gemüse, Obst, Reis, Blumen und Zierpflanzen, Bohnen, Kartoffeln, Hopfen, Tabak und Pilzen eingesetzt. Nicht-pathogene Stämme der Karotten-Unterart Erwenella soft rot werden zur Bekämpfung von Weichfäule und Krebskrankheit an Gemüse, Zitrusfrüchten, Zierpflanzen und Kartoffeln verwendet. Pseudomonas fluorescens wird zur Bekämpfung von Fäule, Schwarzfäule, bakterieller Schwarzfäule und Blütenknospenfäule an Blattgemüse eingesetzt. Pseudomonas roseni wird zur Bekämpfung von Weichfäule, Schwarzfäule, Fäule, Blütenknospenfäule, Bakterienfleckenkrankheit, bakterieller Schwarzfleckenkrankheit, Bakterienperforation, bakterieller Weichfäule, bakterieller Stängel- und Zweigfäule sowie Bakterienkrebs an Gemüse und Obst eingesetzt. Phagocytophage mirabile wird zur Bekämpfung der Wurzelfäule bei Kreuzblütlern eingesetzt. Gelbe Korbbakterien dienen der Bekämpfung von Mehltau, Schwarzschimmel, Milzbrand, Blattschimmel, Grauschimmel, Reisbrand, Bakterienbrand, Bakterienwelke, Braunstreifenkrankheit, Keimlingsfäule und Keimlingsfäule an Gemüse, Erdbeeren und Reis und fördern zudem das Wurzelwachstum. Lactobacillus plantarum wird zur Bekämpfung von Weichfäule an Gemüse und Kartoffeln verwendet. Unter den in Japan zugelassenen Fungiziden wird Scutellaria microscutella zur Vorbeugung und Bekämpfung von Sklerotienfäule an Gemüse sowie Schwarzfäule an Frühlingszwiebeln und Knoblauch eingesetzt. Trichoderma viridis wird zur Bekämpfung bakterieller und pilzlicher Krankheiten wie Reisbrand, Bakterienbraunstreifenkrankheit, Blattfäule und Reisbrand sowie der Purpurstreifenkrankheit an Spargel und der Weißseidenkrankheit an Tabak verwendet.
2.3 Entomopathogene Nematoden
In Japan sind zwei Arten entomopathogener Nematoden zugelassen und wirksam. Ihre insektiziden Mechanismen [1-2, 11] umfassen hauptsächlich die Schädigung des Invasionsapparats, den Nährstoffverbrauch und die Zerstörung von Gewebezellen sowie die Sekretion von Toxinen durch symbiotische Bakterien. Steinernema carpocapsae und S. glaseri, beide in Japan zugelassen, werden vorwiegend an Süßkartoffeln, Oliven, Feigen, Blumen und Zierpflanzen, Kirschblüten, Pflaumen, Pfirsichen, roten Beeren, Äpfeln, Pilzen, Gemüse, Rasen und Ginkgo eingesetzt. Sie dienen der Bekämpfung von Insektenschädlingen wie Megalophora, Olivenwestro, Traubenwestro, Palmwestro, Gelber Sternwestro, Pfirsich-Halswestro, Udon-Nematophora, Doppelbüschel-Lepidophora, Zoysia oryzae, Scirpus oryzae, Dipteryx japonica, Japanischer Kirschbaumbohrer, Pfirsich-Futterraupe, Aculema japonica und Rotem Pilz. Die Registrierung des entomopathogenen Nematoden S. kushidai wurde nicht verlängert.
3. Zusammenfassung und Ausblick
In Japan spielen Biopestizide eine wichtige Rolle für die Ernährungssicherheit, den Schutz der Umwelt und der Biodiversität sowie die nachhaltige Entwicklung der Landwirtschaft. Anders als in Ländern und Regionen wie den USA, der Europäischen Union, China und Vietnam [1, 7-8] werden Biopestizide in Japan eng definiert als nicht gentechnisch veränderte, lebende Nützlinge, die als Betriebsmittel im ökologischen Landbau eingesetzt werden können. Derzeit sind in Japan 47 biologische Pflanzenschutzmittel zugelassen und wirksam. Diese umfassen natürliche Feinde, Mikroorganismen und insektenpathogene Nematoden und dienen der Vorbeugung und Bekämpfung von Schädlingen wie Arthropoden, pflanzenparasitären Nematoden und Krankheitserregern im Gewächshausanbau und im Freilandanbau von Gemüse, Obst, Reis, Teebäumen, Zierpflanzen und Rasenflächen. Obwohl diese Biopestizide Vorteile wie hohe Sicherheit, geringes Resistenzrisiko, Selbstheilung oder wiederholte parasitäre Schädlingsbekämpfung unter günstigen Bedingungen, lange Wirkungsdauer und Arbeitsersparnis bieten, weisen sie auch Nachteile wie geringe Stabilität, langsame Wirkung, schlechte Verträglichkeit, eingeschränktes Wirkungsspektrum und ein kurzes Anwendungsfenster auf. Zudem ist der Anwendungsbereich von Biopestiziden in Japan relativ begrenzt, sodass sie chemische Pestizide nicht vollständig ersetzen können. Laut Statistik [3] betrug der Wert der in Japan verwendeten Biopestizide im Jahr 2020 lediglich 0,8 % und lag damit deutlich unter dem Anteil der registrierten Wirkstoffe.
Als wichtigste Entwicklungsrichtung der Pflanzenschutzmittelindustrie der Zukunft werden Biopestizide verstärkt erforscht, entwickelt und für die landwirtschaftliche Produktion zugelassen. Dank des Fortschritts in den Biowissenschaften und -technologien, der Kostenvorteile von Biopestiziden in der Forschung und Entwicklung sowie der Anforderungen an Lebensmittelsicherheit und -qualität, Umweltbelastung und nachhaltige Landwirtschaft wächst der japanische Biopestizidmarkt weiterhin rasant. Inkwood Research prognostiziert für den japanischen Biopestizidmarkt ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 22,8 % zwischen 2017 und 2025 und ein Volumen von 729 Millionen US-Dollar im Jahr 2025. Mit der Umsetzung der „Strategie für ein grünes Lebensmittelsystem“ werden Biopestizide zunehmend von japanischen Landwirten eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 14. Mai 2024