Breitenbach, Edda: Phytosanitäre Qualitätsbeurteilung von gewerblich hergestellten Komposten anhand ihres Pilzspektrums

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Kapitel 5. Diskussion der Ergebnisse

5.1. Das Pilzspektrum in Abhängigkeit von ökologischen Faktoren während des Rotteprozeßes

Das Artenspektrum und die Menge der sich bildenden Biomasse im Rotteverlauf ist grundsätzlich abhängig von drei verschiedenen Faktoren (Dickman, 1992):

Die am Rottevorgang beteiligte Pilzflora ist an der Zersetzung der organischen Substanz ganz maßgeblich beteiligt. Sie ist fähig, auch schwer abbaubare Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen wie z.B. Cellulose, Chitin, Lignin, Xylan und Keratin ab- und umzubauen und schafft so die Vorraussetzung zur Huminstoff- und Dauerhumusbildung (Grabbe, 1996). Erst so kann aus einem inhomogenen Gemisch von Bioabfällen, humusreiche Komposterde entstehen.

Ob ein Pilz den Rottevorgang überdauern bzw. maßgeblich gestalten kann, hängt vor allem von dessen Fähigkeit ab, die während der Intensivrotte auftretenden hohen Temperaturen von über 60 °C in Form von Ruhestadien, beispielsweise als Dauersporen oder Sklerotien, zu überdauern. Zu Beginn der Rotte sind schwach saure pH-Werte des Substrates um ca. pH 5,5 die Regel. Am Ende der Nachrotte liegt der pH-Wert im neutralen bis leicht basischen Bereich um pH 7-8. Je nach Zusammensetzung des kompostierten Materials und dem Rottestadium enthalten Frischkomposte circa 50 % und Fertigkomposte etwa 30 % Wasser. Salzgehalte von ca. 5 g/l Frischsubstanz sind in Biomüllkomposten nicht ungewöhnlich (Vogtmann et al., 1989).

Zudem ist die Besiedelungsdichte eines Pilzes im Substrat abhängig von dessen Potential sich gegenüber mikrobiellen Konkurrenten durchzusetzen (Griffin, 1972; Webster, 1983). Eine stärkere Besiedelungsdichte ist beispielsweise möglich durch eine höhere Wachstums- und Sporulationsintensität (z.B. Gattungen Pythium und Mucor), einen effektiveren enzymatischen Aufschluß von Nährstoffen, einen weiteren Toleranzbereich bezüglich Temperatur und Salzgehalt, oder durch die Produktion abiotisch wirkender Stoffwechselprodukte (z.B. Antibiotika bzw. Mykotoxine der Gattungen Penicillium, Aspergillus und Geomyces).

Der Pilzflora in Komposterden kommt demnach in ihrer quantitativen und qualitativen Zusammensetzung eine bedeutende Rolle zu. Zum einen sind deren Stoffwechselleistungen zur Dauerhumusbildung unverzichtbar. Zum anderen wird durch eine hohe Besiedelungsdichte und Diversität von Komposterden mit apathogenen Pilzarten die Neubesiedelung von Substraten mit Phytopathogenen erschwert (Trillas-Gay, 1986; Toyota et al., 1995). Deshalb kommt dem Pilzspektrum von Komposterden auch unter phytohygienischen Gesichtspunkten eine besondere Bedeutung zu.


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5.1.1. Die dominierende Pilzflora der Komposterde

99 Pilzarten aus 43 Gattungen konnten aus allen Kompostproben isoliert werden (vgl. 4.1). Die Pilzflora der Frisch- und Fertigkomposte umfaßte fast ausschließlich mesothermophile, saprophytische und unter phytosanitären Gesichtspunkten unbedenkliche oder antagonistisch wirkende Pilzarten. Nur in einer Charge des rotteboxbehandelten Materials trat das als pathogen bekannte Pythium irregulare auf. In geringem Umfang konnten auch thermotolerante Pilzarten isoliert werden (z.B. Aspergillus fumigatus, Humicola fuscoatra).

Auf 15 verschiedene Pilzarten entfielen fast 70 % der Isolate aller untersuchten Frisch- und Fertigkomposte. Das bestätigt die Ergebnisse der Untersuchungen von Klopotek (1962 und 1979), nach denen bei der Kompostierung von Rohmüll, trotz der unterschiedlichen Zusammensetzung und der Vielzahl der darin enthaltenen Nährstoffe, nur wenigen Pilzarten eine Entwicklungsmöglichkeit geboten wurde.

Die dominanten 15 Arten sind ubiquitär verbreitet und mit Ausnahme der thermotoleranten Art Aspergillus fumigatus mesothermophil. Alle übrigen dominanten Arten wachsen optimal bei Temperaturen zwischen 20 °C und 30 °C und maximal bei Temperaturen von etwa 35 °C bis 40 °C. Der tolerierte pH-Bereich reicht von minimal pH 2,5 (Penicillium expansum) bis maximal pH 8,8 (Mucor hiemalis).

Aspergillus fumigatus wächst laut Literaturangaben in einem Temperaturbereich von 12 °C bis 57 °C. Das Wachstumsoptimum liegt bei Temperaturen zwischen 37 °C und 43 °C. Ein pH-Bereich von pH 3,7 bis pH 7,8 wird toleriert. Die Abbauleistungen dieses Pilzes sind vielfältig, so unter anderem Stärke, Cellulose, Pektin, Chitin, Tannin und verschiedene Proteinverbindungen. Zudem ist von Aspergillus fumigatus die Bildung organischer Säuren, wie z.B. Zitronensäure und von Toxinen bzw. antibiotisch wirkenden Substanzen bekannt (Domsch & Gams, 1993). Aspergillus fumigatus gilt als schwach humanpathogen (BG Chemie, 1991).

Als Erreger von Mykosen bei Mensch und Tier sind auch die Pilzarten Sporothrix schenckii, Geotrichum candidum und Mucor circinelloides wiederholt beschrieben worden. Für weitere Ausführungen hierzu sei auf die Literatur verwiesen (Hoog et al., 1995; Staib, 1978 und 1991; BG Chemie, 1991; Emmons et al., 1977).

Die Bedeutung der Pilze bei den Abbau- und Umbauprozessen von organischem Material sind bereits hinlänglich untersucht worden (Domsch & Gams, 1993, Klopotek, 1979; Grabbe, 1996). Der Abbau hochmolekularer Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen wird von allen diesen Pilzarten geleistet.

Die Bildung antibiotisch wirkender Substanzen ist aus der Literatur von Geomyces pannorum und den verschiedensten Trichoderma- und Penicillium-Arten bekannt (Domsch & Gams, 1993). Damit in Zusammenhang steht auch deren nachweisliche Wirkung gegenüber verschiedenen Pathogenen (Koch, 1996; Mukherjee et al., 1993; Arx, 1987).


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5.1.2. Die Pilzflora am Ende der Vorrotte

Nach dem Abschluß der Vorrotte (Heißrottephase) war das Pilzspektrum der Biomüllkomposte aus beiden Kompostierungsverfahren im Hinblick auf den Artenumfang und die Besiedelungsdichte auffallend gering, im Probenmaterial der offenen Kompostmiete allerdings noch erheblich deutlicher als im rotteboxbehandelten Material (vgl. Anhang, Tabelle 40, S. 106f). Zurückzuführen ist die geringe Besiedelung mit Pilzen sicherlich auf die hohen Rottetemperaturen von bis zu 75 °C. Im Falle der offenen Mietenkompostierung wirkten diese hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum auf das Rottegut ein als während des Rottebox-Verfahrens.

Die große Artendifferenz in den beiden Versuchsreihen der offenen Mietenrotte ist auffällig, da weder der Temperaturverlauf, noch die Umsetzhäufigkeit der Mieten sich erheblich unterschieden. Während in der Versuchsreihe 1 nur 5 Arten nach der Vorrotte isoliert werden konnten, waren in der Versuchsreihe 2 25 Arten zu finden. Vermutlich spielt neben der Rottetemperatur die Feuchte des Rottegutes eine wichtige Rolle. Aufgrund der Jahreszeit (August/September) trocknete das Rottegut der Versuchsreihe 2 so stark aus, daß es bewässert werden mußte, während die Miete der Versuchsreihe 1 im Winter ausreichend feucht blieb. Man kann davon ausgehen, daß diese „trockene“ Hitzeeinwirkung das Pilzspektrum weniger stark geschädigt hat.

Das Artenspektrum der beiden Frischkomposte umfaßte in allen Rottezonen vor allem ubiquitär verbreitete, saprophytische Pilzarten, die beim Abbau des organischen Materials von großer Bedeutung sind (Domsch & Gams, 1993).

In beiden Komposten häufig zu finden waren die Gattungen Acremonium, Mucor, Geomyces, Geotrichum und verschiedene Penicillium-Arten. Auch Hefen, die sich bevorzugt auf Substraten mit einem hohen Gehalt an leicht verfügbaren Nährstoffen ansiedeln (Barnett et al., 1990), waren in beiden Proben vorhanden. Ebenfalls häufig traten die Gattungen Scopulariopsis und Botryotrichum in der offen kompostierten Miete auf, während in der Haupt- und Kernzone der Miete nach der Rotteboxbehandlung wiederholt Pythium oligandrum zu finden war. Pythium oligandrum ist bekannt als Mykoparasit und Antagonist pathogener Pythium-Arten, beispielsweise von Pythium ultimum (Al-Hambani et al., 1983; Cooke & Baker, 1983; Lutehmaen et al., 1985; Walter et al., 1987). Auch das Auftreten verschiedener Trichoderma-Arten in beiden Biomüllkomposten ist unter phytosanitären Gesichtspunkten positiv zu bewerten, da diese ebenfalls die Wirkung phytopathogener Pilze hemmen können (Papavizas, 1981 und 1985; Bell et al., 1982; Tong-Kwee et al., 1989).

Insgesamt kann die Pilzflora der untersuchten Frischkomposte aus phytopathogener Sicht als unbedenklich eingestuft werden.

5.1.3. Die Pilzflora am Ende der Nachrotte

Am Ende der Nachrotte veränderte sich das Pilzspektrum der untersuchten Komposte sowohl qualitativ als auch quantitativ erheblich. Während die Artenhäufigkeit in Proben des offen kom


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postierten Rottegutes teilweise sogar leicht zurückging, nahm sie im rotteboxbehandelten Probenmaterial um das zwei- bis dreifache an Umfang zu (vgl. Anhang, Tabelle 41, S. 109#LINKCONTENT#109#/LINKCONTENT# f). Für diesen Effekt dürfte hauptsächlich die unterschiedliche Rotteführung verantwortlich sein.

Das offen kompostierte Rottegut wurde während der Vorrotte mehrmals umgesetzt. Dadurch konnte das gesamte Material gut durchmischt und gleichmäßig hoch erhitzt werden. Nach Ablauf der Vorrotte kam es nur noch zu geringen Mietenbewegungen. Im Mieteninneren trat eine Abkühlung des Kompostmaterials langsam ein, wobei die Pilzflora weiter dezimiert wurde. Die Mietenrandzone kühlte schneller aus, so daß sich eine größere Artenvielfalt - wahrscheinlich unterstützt durch eine Kontamination mit Pilzsporen aus der umgebenden Luft - erhalten bzw. ausbilden konnte. Dadurch entstand auch eine ausgeprägtere Zonierung innerhalb der Miete als nach der Vorrotte. Die auftretenden Arten der Gattungen Clonostachys und Trichoderma sind als Antagonisten gegenüber phytopathogenen Vertretern der Gattungen Rhizoctonia bzw. Pythium bekannt (u.a. Steinmetz, 1994; Mukherjee et al., 1995). Die Gesamtpilzflora läßt sich aus phytopathogener Sicht als unbedenklich einstufen. Die Verschiebung innerhalb der Pilzflora beruht vermutlich auf den sich verändernden Umweltbedingungen (Nährstoffe, Temperatur). Nach der Vorrotte basiert die Nährstoffgrundlage nicht mehr hauptsächlich auf niedermolekularen organischen Stoffen wie Zuckern, organischen Säuren usw., sondern auf schwerer abbaubaren Verbindungen wie beispielsweise Cellulose und Lignin (Grabbe, 1996).

Im Gegensatz dazu, wurde das rotteboxbehandelte Material während der 8tägigen Vorrotte nicht bewegt, aber im Verlauf der Nachrotte als offene Miete regelmäßig mit dem Radlader umgesetzt:

Die Miete der Versuchsreihe 1 (Januar bis März 1995) wurde in einem 14tägigen Turnus umgesetzt. Die Rottetemperaturen sanken im Mieteninneren von anfänglich ca. 70 °C auf 20-30 °C. Durch die sinkenden Rottetemperaturen konnte sich das Pilzspektrum erwartungsgemäß wieder erholen bzw. sich neue Arten ansiedeln. Das sehr starke Ansteigen der Pilzflora und das Auftreten von Pythium irregulare deuten aber darauf hin, daß es bei den Umsetzvorgängen wahrscheinlich zu einer Kontamination durch die Radladerschaufel gekommen ist. Vermutlich wurde nicht hygienisierter Bioabfall transportiert und anschließend die Miete umgesetzt.

In der Miete der Versuchsreihe 2 sank die Temperatur des Rottegutes im Verlauf der Nachrotte von anfangs 60 °C bis auf 20 °C. Um eine zu schnelle Temperaturabsenkung aufgrund der kühlen Außentemperaturen (Oktober-Dezember 1995) zu vermeiden, wurde das Rottegut nur zweimal umgesetzt und mit Fertigkompost abgedeckt. Aufgrunddessen läßt sich der Anstieg des Artenspektrums in der Randzone der Miete leicht erklären. Die Mietenabdeckung während der Nachrotte bewirkte, daß über längere Zeit Temperaturen von etwa 60 °C im Mieteninneren auftraten. Ebenso wie im Falle der offenen Mietenrotte, führten konstant höhere Temperaturen im Mieteninneren bei geringer Rottegutbewegung zu einer deutlichen Reduzierung des Pilzspektrums in der Hauptrottezone. Nur 6 verschiedene Pilzarten konnten aus dieser Rottezone isoliert werden. Im Vergleich dazu waren es in der Mietenrandzone 23 verschiedene Arten und in der Kernzone 15.


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Die Gesamtpilzflora der Komposte aus dem Rottebox-Verfahren läßt sich bis auf das Auftreten von Pythium irregulare in der Versuchsreihe 1 aus phytopathogener Sicht als unbedenklich einstufen. Pythium irregulare ist als Verursacher von Wurzel- und Stengelfäule verschiedener Wirtspflanzen (Agrios, 1988) bekannt. Daneben stark vertreten waren die Pilzgattungen Acremonium, Mucor, Penicillium und Trichoderma in der Versuchsreihe 1 und Botryotrichum, Mortierella, Trichurus und Trichoderma in der Versuchsreihe 2.

5.2. Pflanzenverträglichkeit der untersuchten Komposte als Kultursubstrat für Jungpflanzen

Die Sterilität der Landerde war nur für das Wachstum der Erbsenkeimlinge von Bedeutung. Deren Frischgewicht war nachweislich niedriger bei Mischungen mit ungedämpfter Landerde. Demgegenüber zeigten die in den Substratmischungen angezogenen Weizenkeimlinge bezüglich des Frischgewichtes keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten mit und ohne gedämpfte Landerde.

Direkte Zusammenhänge mit der pilzlichen Mikroflora in Form von vorhandenen phytopathogenen Pilzen ließ sich nicht erkennen. Zu vermuten sind Einflüsse von Stoffwechselprodukten aus dem mikrobiellen Stoffumsatz, beispielsweise organische Säuren (Grabbe, 1996). Auch die Anwesenheit anorganischer Schadstoffe im Kompost ist möglich, die sowohl die Nährstoffverfügbarkeit im Boden, als auch die Nährstoffaufnahme durch die Pflanze, empfindlich stören können (Reinhardt, 1996).

Komposte aus der offenen Mietenrotte waren, ebenso wie bei der Erbse als Versuchspflanze, zur Weizenanzucht signifikant besser geeignet als Komposte aus der Rottebox. Die Nährstoffdichte lag aber in den Komposten aus der Rottebox sogar zum Teil höher als im Rottegut der offenen Mietenkompostierung (vgl. 4.5). Auch in diesem Fall kann das Vorhandensein von Phytotoxinen bzw. Schadstoffen vermutet werden, die das Pflanzenwachstum direkt oder durch geringere Nährstoffverfügbarkeit beeinflußt haben.

Fertigkomposte waren für das Wachstum der Erbsenkeimlinge besser geeignet als Frischkomposte. Dieses Ergebnis entspricht den Erwartungen, da im Verlauf der Rotte der Mineralisierungsgrad des organischen Materials und damit auch die Pflanzenverfügbarkeit der Nährstoffe zunimmt. Für das Wachstum der Weizenkeimlinge spielte das Rottestadium aber keine nachweisliche Rolle. Offensichtlich reagiert der Weizen als Versuchspflanze wesentlich weniger empfindlich als die Erbse.

Die Mietenzone, aus dem der Kompost entnommen wurde, hatte weder Einfluß auf das Wachstum der Erbsen-, noch der Weizenkeimlinge.


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5.3. Die antagonistische Wirksamkeit und Wirkungsweise von Komposterde gegenüber phytopathogenen Pilzen

Bei der Verwendung von Komposten als Pflanzsubstrat kann das Auftreten bodenbürtiger Erreger von Keimlingskrankheiten zurückgedrängt werden. Allerdings ist die Stärke der suppressiven Wirkung abhängig von der Art des kompostierten Rohmaterials und dem Reifegrad. Mit zunehmenden Reifegrad der Komposte steigt in der Regel auch die Artenhäufigkeit und Besiedelungsdichte mit antagonistisch wirksamen Mikroorganismen (Gorodecki, 1990; Chung et al., 1988).

Im Bereich der biologischen Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten hat sich die Forschung schon früh den mikrobiellen Antagonisten phytopathogener Schaderreger zugewandt. Aus den zwanziger Jahren dieses Jahrhunderts sind erste Versuche zu ihrer Anwendung im Pflanzenschutz bekannt (Cooke & Baker, 1983). Seit den siebziger Jahren wurden die Bemühungen um eine Nutzung von Mikroorganismen deutlich verstärkt. Die Liste der auf ihr antagonistisches Potential untersuchten Mikroorganismen umfaßt verschiedene Gattungen Gram-negativer und Gram-positiver Eubakterien sowie Aktinomyceten, Pilze und Bakteriophagen (Bochow, 1970 und 1989; Yuan et al., 1995, Shah-Smith et al., 1996; Asaka et al., 1996; Sadlers, 1996; Roberts et al., 1997).

Die Wirkungsweise mikrobieller Gegenspieler von Pflanzenkrankheiten läßt sich auf die drei Grundprinzipien Konkurrenz, Parasitismus und Antibiose zurückführen (Koch, 1996).

Konkurrenz bezieht sich auch im Zusammenhang mit der Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten durch Antagonisten vor allem auf den Lebensraum und die Nährstoffe. Parasitismus ist eine Form des Zusammenlebens verschiedener Organismen zum einseitigen Vorteil des Parasiten auf Kosten des Wirtes. Lebt der Wirt selbst parasitisch, wie z.B. ein phytopathoger Pilz, so bezeichnet man den auf ihm lebenden Parasiten als Hyperparasiten. Unter Antibiose versteht man die Hemmung der Entwicklung oder Abtötung einer Mikroorganismenart durch eine andere mittels erzeugter Stoffwechselprodukte, wie lytischer Agenzien, Enzyme oder toxische Substanzen (Fravel, 1988). Konkurrenz, Parasitismus und Antibiose treten häufig gemeinsam auf. Daneben liegen auch Anhaltspunkte für indirekte Wirkungen mikrobieller Antagonisten vor. Es gibt verschiedene Berichte, nach denen Pflanzen nach Inokulation mit bestimmten Mikroorganismen eine Resistenz gegen phytopathogene Schadorganismen entwickelten. Bei der sogenannten Resistenzinduktion geht die hemmende Wirkung nicht von Mikroorganismen, sondern von der Pflanze aus.

Die Anwendung von kompostiertem Klärschlamm als Substratzuschlag in Gewächshauskulturen führte beispielsweise zur Reduzierung des Befalls von Bohnen, Baumwolle und Rettich mit Rhizoctonia solani, dem Sclerotinia-Befall bei Salat, der Fusarium-Welke bei der Gurke und der Spitzenfäule durch Phytophtora spp. bei Paprika (Lumsden et al., 1983).

Komposte aus Baumrinde, die den Kultursubstraten zugegeben wurden, reduzierten nachweislich den Befall mit Rhizoctonia solani und Pythium ultimum. Die suppressive Wirkung der


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Komposte nahm mit dem Reifegrad zu, was mit einer entsprechend ansteigenden Mikroflora korrelierte. Hohe Celluloseanteile im Kultursubstrat förderten dagegen einen Befall (Chung et al., 1988). Als verantwortlich für die suppressive Wirkung dieser Komposte gelten vor allem Trichoderma- und Gliocladium-Arten, beispielsweise Trichoderma hamatum, Trichoderma harzianum und Gliocladium virens (Chung et al., 1990; Nelson et al., 1983; Lewis et al., 1995). Gliocladium virens wurde allerdings bereits als synonym zu Trichoderma virens beschrieben (Arx, 1987).

Anhand der selbst durchgeführten Versuche kann die antagonistische Wirkung eines aus Kompost isolierten Stammes von Trichoderma atroviride diese Ergebnisse noch untermauern. Es konnten aber desweiteren auch in unterschiedlichem Maße antagonistische Effekte der Arten Pythium oligandrum, Penicilium expansum, Mucor hiemalis und Mortierella stylospora gegenüber ausgewählten Pathogenen in vivo und in vitro festgestellt werden (vgl. 4.3 bzw. 4.4).

Kompostsubstrate können auch den Befall durch Blattkrankheiten einschränken. Budde & Weltzien (1988) haben eindeutige Ergebnisse hierzu für den Befall von Gerste durch Erysiphe graminis vorgelegt. Je höher der Anteil von Kompost im Subtrat war, desto geringer war der Mehltaubefall der Blätter. Diese Ergebnisse konnten auch bei der Gurke mit dem reduzierten Befall von Gurkenmehltau (Sphaertheca fuliginea) bestätigt werden (Samerski & Weltzien, 1988). Es wurde zudem nachgewiesen, daß durch die Anwendung von Komposten eine stimulierende Wirkung auf die antagonistische Mikroflora der Kultursubstrate ausgeübt werden kann (De Brito Alvarez et al., 1994).

Ein weiterer Weg zur Verwendung von Komposten wurde mit der Herstellung und Anwendung von Kompostextrakten in Form von Blattapplikationen oder als Zugabe zum Pflanzsubstrat beschritten. So konnte nachgewiesen werden, daß wässrige Kompostextrakte einen hohen suppressiven Effekt gegenüber Botrytis cinerea, dem Erreger der Graufäule, besitzen. Durchgeführt wurden Untersuchungen an Erdbeerpflanzen und Kopfsalat im Freiland und Buschbohnenblättern im Labor (Dittmer et al., 1990; Mc Quilken et al., 1994). Auch dem Befall mit Phytophthora infestans, dem Erreger der Kartoffelkrautfäule und Sphaerotheca fuliginea, dem Erreger des echten Gurkenmehltaus, konnte erfolgreich mit einer Blattapplikation von Kompostextrakten begegnet werden (Tränkner, 1990 und 1993).

Im allgemeinen basiert die Wirkung bei der Anwendung von Kompostextrakten nicht auf einem direkten, d.h. pilztötenden Einfluß der enthaltenen Mikroflora, sondern auf der Aktivierung der Widerstandsmechanismen der Pflanze z.B. durch Lignineinlagerungen in die Zellwand. Diese Reaktion wird als induzierte Resistenz bezeichnet. Ein Einsatz von Kompostextrakten ist daher als vorbeugende Maßnahme zur Steigerung der Abwehrfähigkeit der Pflanze und nicht zur Bekämpfung eines bereits befallenen Pflanzenbestandes sinnvoll.


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5.4. Das antagonistische Potential der dominierenden Pilzarten aus der Komposterde

5.4.1. Das antagonistische Potential in vitro

Die antagonistische Wirksamkeit von Komposterden gegenüber phytopathogenen Pilzen beruht vor allem auf deren mehr oder weniger starken Besiedelung mit Mikroorganismen.

Bisher wurde die antagonistische Wirksamkeit vor allem auf verschiedene Trichoderma-Arten zurückgeführt (Chung et al., 1988 und 1990; Nelson et al., 1983; Lewis et al., 1995; Mischke, 1997). Eine umfangreichere Überprüfung von aus Kompost isolierten Pilzspezies auf deren antagonistische Wirksamkeit hatte bislang noch nicht stattgefunden.

Aus diesem Anlaß wurden die 15 Pilzgattungen, die als dominante Pilzflora aus allen Kompostproben ermittelt werden konnten, auf ihr antiphytopathogenes Potential gegenüber einem oder mehr der phytopathogenen Pilze Pythium ultimum, Rhizoctonia solani, Gaeumannomyces graminis var. graminis und Fusarium oxysporum f. sp. pisi überprüft. Die ausgewählten Pathogene sind in Gartenbau und Landwirtschaft wirtschaftlich bedeutende Schaderreger.

Pythium ultimum und Rhizoctonia solani sind Erreger der „Umfallkrankheit“, die in der Literatur auch als „damping-off“ bekannt ist. Dabei können Keimlinge und Jungpflanzen aller Pflanzenarten durch Wurzel- und Stengelfäule geschädigt bzw. zum Absterben gebracht werden. Rhizoctonia solani kann in Form von Sklerotien und Pythium ultimum in Form von Dauersporen mehrere Jahre im Boden infektionsfähig bleiben (Cooke & Baker, 1983).

Gaeumannomyces graminis var. graminis kann pathogen auf verschiedene Getreidearten und Gräser wirken. Die Erkrankung wird auch als „take-all“ bezeichnet. Das Pathogen infiziert zuerst die Pflanzenwurzel und breitet sich dann, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Cortex, über den Stengel bis zur Ähre aus. Äußerlich sichtbare Symptome sind dunkle Verfärbungen (Läsionen) an Wurzeln und Stengel und - als ein Zeichen für das Absterben der befallenen Pflanze - der Bewuchs mit weißem Pilzmycel („white heads“).

Fusarium oxysporum ist ein Pathogen, das häufig auf bestimmte Wirte spezialisiert ist. Es sind bereits über 70 formae speciales bekannt. Das Pathogen breitet sich im Vaskularsystem der Wirtspflanze aus, was zu Chlorosen, Verfärbungen, Welke und anschließendem Absterben der befallenen Pflanzen führt. Fusarium oxysporum kann in Form von Chlamydosporen mehrere Jahre im Boden überdauern (Cooke & Baker, 1983).

9 der 15 dominanten Pilze aus Komposterde wirkten bei 10 °C und 6 der 15 Arten bei 20 °C antagonistisch gegenüber den Pathogenen. Starke antagonistische Effekte traten bei Mucor circinelloides, Mucor hiemalis, Pythium oligandrum, Trichoderma atroviride und bei Penicillium expansum bei 10 °C und 20 °C auf. Trichoderma atroviride konnte als einzige Art alle phytopathogenen Pilze, einschließlich Pythium ultimum, bei 10 °C im Wachstum hemmen. Schwach antagonistisch wirkten: Geotrichum candidum, Mortierella stylospora, Botryotrichum piluliferum, Geomyces pannorum und Penicillium cyclopium.


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Die Erhöhung der Temperatur auf 20 °C bewirkte, daß einige der untersuchten Pilze in der Regel stärker als bei 10 °C gehemmt wurden (z.B. Acremonium strictum, Scopulariopsis acremonium, Sporothrix schenckii). Diese Pilze wachsen relativ langsam und sind bei einer wachstumsoptimalen Temperatur von 20 °C noch stärker benachteiligt als bei 10 °C. Auffallend war die starke Temperaturabhängigkeit von Rhizoctonia solani. Rhizoctonia solani wurde bei einer Temperatur von 10 °C von allen antagonistisch wirkenden Pilzen aus Komposterde in mehr oder weniger starkem Umfang gehemmt. Bei einer Temperatur von 20 °C konnte nur noch Trichoderma atroviride Rhizoctonia solani hemmen. Die übrigen, antagonistisch wirkenden Pilzarten, hatten auf Rhizoctonia solani entweder keinen Einfluß mehr (Mucor circinelloides, Mucor hiemalis, Pythium oligandrum) oder wurden von diesem selbst gehemmt (Penicillium cyclopium, Geotrichum candidum, Mortierella stylospora, Penicillium expansum, Botryotrichum piluliferum).

Botryotrichum piluliferum, Geomyces pannorum, Penicillium expansum, Penicillium cyclopium und Trichoderma atroviride bildeten gegenüber den phytopathogenen Pilzen deutliche Hemmzonen aus, die auf die Bildung biostatischer Substanzen hinweisen.

Bei der Auswertung der Tests traten Schwierigkeiten durch Sporenstreuung v.a. bei den Gattungen Penicillium, Geomyces und Trichurus auf. Durch die Streuung der Pilzsporen bilden sich gleichzeitig an verschiedenen Stellen der Petrischale Kolonien aus. Dadurch kann das Wachstum des konkurrierenden Pilzes unnatürlich eingeschränkt und die Meßwerte der Koloniedurchmesser beider Testpilze verfälscht werden. Als schwierig stellte sich außerdem die optische Trennung von Pilzen mit ähnlicher Myzel- und Substratstruktur heraus. Die Kolonien von Pythium oligandrum und Pythium ultimum waren sich beispielsweise makro- und mikroskopisch so ähnlich (Kröber, 1985), daß - ohne das Auftreten typischer Sporangien und Oogonien - eine Abgrenzung nicht möglich war. Um die Streuung von Pilzsporen weitestgehend zu verhindern, ist zu empfehlen, noch nicht sporulierendes Myzel zu übertragen und die Petrischalen vor Erschütterungen zu schützen. Beispielhaft wird der Wachstumsverlauf von Penicillium expansum in Kombination mit den phytpathogenen Testpilzen bei 10 °C und bei 20 °C nach 30 Tagen in den Abbildungen 15 und 16 (S. 84#LINKCONTENT#84#/LINKCONTENT#) dargestellt.


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Abb. 15: Penicillium expansum: Wachstumsverlauf in vitro bei 10 °C nach 30 Tagen

Abb. 16: Penicillium expansum: Wachstumsverlauf in vitro bei 20 °C nach 30 Tagen


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5.4.2. Das antagonistische Potential ausgewählter Pilze in vivo

Bei den Ergebnissen der Plattentests handelte es sich um die Beobachtung konkurrierender Pilze unter stark standardisierten Laborbedingungen. Daraus ergab sich die Frage, ob und inwieweit sich diese in vitro Ergebnisse auch in vivo, beispielsweise bei der Anzucht von Jungpflanzen (ad planta), wiederfnden lassen.

Trichoderma atroviride, Pythium oligandrum, Penicillium expansum, Mucor hiemalis, Mucor circinelloides und Mortierella stylospora wirkten in vitro am stärksten antagonistisch gegenüber den ausgewählten Pathogenen. Deshalb wurden diese Pilzarten nochmals ad planta untersucht.

Die für den Plattentest eingesetzten Isolate von Gaeumannomyces graminis var. graminis (BBA 65937) und Fusarium oxysporum f. sp. pisi (BBA 62364) erwiesen sich als nicht ausreichend pathogen im Vergleich zur unbeimpften Kontrolle. Vermutlich ging diese Eigenschaft im Verlauf der Konservierung verloren. Diese Pilze wurden durch andere Isolate der gleichen Art ersetzt (vgl. 4.4.2).

Aufgrund der unterschiedlichen Infektiosität der phytopathogenen Pilze und der entsprechend verschiedenen Inokulumdichten, können die Einzelergebnisse nicht direkt miteinander verglichen werden. Auch ein direkter Vergeich zu den Ergebnissen in vitro ist aufgrund der unterschiedlichen Versuchsanordnung und der zum Teil ersetzten oder neu aufgenommenen Isolate (vgl. 4.1.1) nicht möglich.

Trotzdem läßt sich anhand der Jungpflanzenversuche erkennen, daß die in vitro antagonistisch wirksamen Pilzisolate diese Wirksamkeit auch größtenteils in vivo beibehalten konnten. Deutliche Abweichungen traten nur bei folgenden Antagonistenpaaren auf:

Die getesteten Isolate von Trichoderma atroviride und Pythium oligandrum zeigten erwartungsgemäß am deutlichsten eine antagonistische Wirkung gegenüber den ausgewählten Pathogenen.

Trichoderma-Arten sind starke Konkurrenten von Pathogenen (Cliquet et al., 1996; Lifshitz et al., 1986). Antagonismus von verschiedenen Trichoderma-Arten wie T. harzianum, T. hamatum T. viride und T. virens gegenüber Fusarium oxysporum (Sivan & Chet, 1989), Pythium ultimum (Benhamou et al., 1992) und Rhizoctonia solani (Chet & Baker, 1981; Mischke, 1997) sind aus der Literatur bekannt.

In vitro sind Trichoderma-Arten in der Lage, eine Vielzahl antimikrobieller Substanzen, darunter auch gasförmige Verbindungen, zu bilden (Ghisalberti, 1991). Es wird angenommen, daß diesen Stoffen bei der Interaktion mit Phytopathogenen eine wichtige Rolle zukommt. Weiterhin scheiden Trichoderma-Arten Enzyme (u.a. Cellulasen, Glucanasen) aus, die Bestandteile pilzlicher Zellwände auflösen können. Viele Trichoderma-Arten können die Hyphen von Pilzen umwachsen („coiling“) und in sie eindringen (Chet & Baker, 1981). Whipps (1991) hat nachgewiesen, daß Trichoderma spp. Sklerotien parasitieren und damit deren Keimfähigkeit ganz oder teilweise unterdrücken kann. Darüber hinaus wird berichtet, daß Trichoderma spp. eine Wuchsförderung der Pflanze bewirkt (Ousley et al., 1994), wobei nicht klar ist, ob diese auf einer Unterdrückung von Pathogenen oder der Ausscheidung von Phytohormonen basiert. Der Einsatz von Trichoderma-Präperaten im Pflanzenschutz ist inzwischen weit verbreitet. So wird beispielsweise in Israel, Griechenland und Australien ein Produkt aus Trichoderma harzianum zur Bekämpfung von Botrytis cinerea an Reben und Unterglaskulturen („Trichodex“) verwendet. Trichoderma-Präperate zur Bekämpfung von Auflaufkrankheiten im Unterglasanbau werden auch in der Tschechischen Republik, Schweden, Neuseeland und Belgien produziert (Koch, 1996).

Pythium oligandrum ist seit längerem bekannt als Mykoparasit und Antagonist pathogener Pythium-Arten, so beispielsweise gegenüber Pythium ultimum (Al-Hamdani et al., 1983; Cooke & Baker, 1983; Lutchmaeh et al., 1985). Auch ein antagonistisches Potential gegenüber Krankheitserregern an der Zuckerrübe, wie z.B. Aphanomyces laevis, Alternaria spp. (Veselý, 1977) bzw. Phoma betae (Walther et al., 1987), wurde bereits festgestellt.

Eine Wuchsförderung der Erbse als Testpflanze durch Pythium oligandrum konnte bereits anhand der Kontrolle (ohne Pathogen) signifikant nachgewiesen werden. Auf welche Art diese Wuchsförderung entsteht, ist ebenso wie im Falle der Trichoderma-Arten, unklar. Anzunehmen ist aber eine Hemmung von Mikroorganismen, die das Pflanzenwachstum behindern.

Penicillium-Arten sind als Produzenten abiotisch wirkender Substanzen seit langem bekannt (Domsch & Gams, 1993). Auf diese Weise können Wachstum und Sporulation verschiedener


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Pathogene gehemmt werden. So ist beispielsweise die antagonistische Wirksamkeit von Penicillium chrysogenum gegenüber Botrytis fabae in der Literatur belegt (Jackson et al., 1994).

Daß auch Mucor hiemalis und Mortierella stylospora antagonistisch wirksam werden können, wurde nach den positiven Ergebnissen in vitro nochmals mit diesen Biotests nachgewiesen. Wirksam waren hierbei vermutlich eher Konkurrenzmechanismen um Nährstoffe als Parasitismus oder Abiose, die das Wachstum und die Sporulation der phytopathogenen Pilze behindert haben.

5.5. Nährstoffanalyse der Komposte

Die vorgenommenen Nährstoffanalysen sollten Basisdaten für die Beurteilung der Komposte als Kultursubstrat für Jungpflanzen und als Nahrungsgrundlage für die Mikroflora der Komposte liefern.

Die Gehalte der Komposte an Phosphor, Kalium und Magnesium wurden untersucht. Außerdem wurde das Volumen bestimmt, um Aufschluß über die Struktur der Komposte zu erhalten.

Phosphor zählt neben Stickstoff zu den Hauptnährstoffen im Pflanzenbau. Kalium ist in Form von Kaliumdioxid zum großen Teil pflanzenverfügbar und beeinflußt als wesentliche Komponente den Salzgehalt. Die unterschiedlichen K2O-Gehalte im Kompost werden durch die Ausgangsmaterialien beeinflußt und können während des Rottevorganges wegen ihrer Wasserlöslichkeit vor allem durch Auswaschungen verändert werden (Fricke et al., 1991). In Form von Oxiden, Oxidhydraten und Carbonaten gehört Magnesium zu den basisch wirksamen Stoffen, die der Bodenversauerung entgegenwirken und die Pflanzenverfügbarkeit der einzelnen Nährstoffe durch Veränderung des pH-Wertes beeinflussen können.

Dem in der Box kompostierten Rottegemenge wurde mehr Strukturmaterial zugesetzt, wodurch das Volumen im Vergleich zum offen kompostierten Material höher war. Da in der Box keine Umsetzungsvorgänge stattfinden, muß das Gemenge besonders luftdurchlässig und locker strukturiert werden, um anaerobe Abbauprozesse weitgehend zu vermeiden. Diese würden den Rotteprozeß insgesamt verzögern. Es ist außerdem denkbar, daß die luftdurchlässigere Struktur des rotteboxbehandelten Materials auch Anteil an der Entwicklung einer deutlich höheren Artenanzahl und Besiedelungsdichte der Pilzflora hatte.

Es wurde in dieser Anlage auch offensichtlich kalium- und magnesiumreicheres Rohmaterial kompostiert. Aus betriebsinternen Angaben ist bekannt, daß teilweise überschüssige, kaliumreiche Gülle aus der Landwirtschaft mitkompostiert wurde.

Die Nährstoffgehalte der untersuchten Komposte lagen unter dem Durchschnitt. Wie sich in den bereits beschriebenen Biotests gezeigt hat, läßt sich von den absoluten Pflanzennährstoffgehalten im Bioabfallkompost aber nicht direkt auf die Düngewirkung schließen. Nur ein Teil der enthaltenen Nährstoffe ist unmittelbar oder mittelbar pflanzenverfügbar, der andere Teil ist in der organischen Substanz gebunden. In Abhängigkeit von der Ausbringungszeit, dem Rotte


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grad, dem Mineralisierungsvermögen des Bodens und der angebauten Pflanzenart sind im Verlauf einer Vegetationsperiode durchschnittlich etwa 50-80 % des Kaliums und 30-50 % des Phosphats und Magnesiums für die Pflanze verfügbar. Es muß bei der Kompostanwendung daher eine Vorratsdüngung von 1-2 Jahren einbezogen werden.

Allgemein tragen Bioabfall- und Grünabfallkomposte mit ihren hohen Gehalten und guten Verfügbarkeiten vieler Pflanzennährstoffe zu einer weitgehenden Abdeckung der Nährstoffentzüge beim Anbau der meisten Kulturpflanzenarten bei. Dies gilt insbesondere für die Makronährstoffe Phosphor, Kalium und Magnesium bereits bei geringen bis mittleren Ausbringungsmengen von z.B. 30 m3/ha Ackerfläche. Für Stickstoff trifft dies nicht zu, da nur maximal 10-15 % des Gesamtstickstoffes in der ersten Vegetationsperiode mineralisiert werden und damit pflanzenverfügbar sind (Gottschall, 1991).

5.6. Schlußfolgerungen

Anhand der vorgenommenen Analyse des Pilzspektrums konnte gezeigt werden, daß beide Kompostierungsverfahren eine ausreichende Hygienisierung des Bioabfalles gewährleisten konnten.

Am Ende der Vorrotte war das Pilzspektrum der Frischkomposte aus beiden Herstellungsverfahren auffallend gering, im Probenmaterial aus der offenen Mietenkompostierung noch deutlicher als im rotteboxbehandelten Material. Nach Ablauf der Nachrottephase waren qualitative und quantitative Veränderungen der Pilzflora in verschieden starkem Umfang erkennbar (vgl. 4.1.1 und 4.1.2)

Die Fertigkomposte aus dem Rotteboxverfahren wiesen im Vergleich zum Verfahren der offenen Mietenkompostierung eine höhere Besiedelungsdichte auf. Das ist positiv zu bewerten, da eine hohe Diversität apathogener Arten eine Neubesiedelung mit Phytopathogenen erschwert (vgl. 5.2).

Wie sich die Besiedelungsdichte und Diversität apathogener Pilzarten im Verlauf der Nachrotte entwickelt, hängt zu großen Teilen von der Umsetzhäufigkeit der Kompostmieten ab. Wird das Rottegut während der Nachrotte häufig umgesetzt, führt das zu einem höheren Sauerstoffeintrag mit nachfolgender Rottebeschleunigung. Die Temperatur im Mieteninneren sinkt dadurch entsprechend rascher. Dieser Effekt begünstigt zusammen mit der häufigeren Durchmischung des kompostierten Materials, daß die Pilzflora der in der Regel dichter besiedelten Randzonen auch ins Mieteninnere gelangen und sich ausbreiten kann. Hohe Temperaturen im Mietenkern führen bei geringer Rottegutbewegung zu einer deutlichen Reduzierung des Gesamtpilzspektrums.

Nur in einer Charge des rotteboxbehandelten Materials am Ende der Nachrotte (Versuchsreihe 1) war Pythium irregulare zu finden, das als Verursacher von Wurzel- und Stengelfäule verschiedener Wirtspflanzen bekannt ist (Agrios, 1988). Es handelt sich wahrscheinlich um


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eine nachträgliche Kontamination des bereits hygienisierten Materials, da diese Pilzart nach der Vorrotte nicht nachzuweisen war.

Die Hygienisierung von Komposten kann nur gewährleistet werden, wenn außer auf ausreichend hohe Rottetemperaturen, auch auf das Einhalten einer „reinen“ und einer „unreinen“ Seite geachtet wird. Diese Trennung von angeliefertem Rohmaterial und kompostiertem Produkt ist von erheblicher Bedeutung. Der häufigste Kontaminationsweg von hygienisierten Frischkomposten ist das Verwenden desselben Radladers für das Aufsetzen des Bioabfalles und für die Umsetzvorgänge im Verlauf des Rotteprozeßes.

Als dominierende Pilzflora wurden 15 Pilze mit einer kumulativen Häufigkeit von annähernd 70 % aus allen untersuchten Kompostmieten ermittelt. Diese wurden in vitro auf ihr antiphytopathogenes Potential gegenüber ausgewählten Pathogenen bei 10 °C und 20 °C untersucht (vgl. 4.3.2). Fünf in vitro nachweislich antagonistisch wirksame Pilzarten aus Komposterde wurden anschließend nochmals ad planta überprüft (vgl 4.4.2).

Die Besiedelungsdichte mit in vitro und in vivo nachweislich antagonistisch wirkenden Pilzarten, vor allem von Trichoderma atroviride, Penicillium expansum und Phythium oligandrum, ist in den rotteboxbehandelten Komposterden höher. Damit lassen diese Fertigkomposte eine bessere „Schutzwirkung“ gegenüber phytopathogenen Pilzen erwarten. Bei der Anwendung der untersuchten Komposterden kann somit mit einer phytopathogenen Suppression gerechnet werden.

Das antiphytopathogene Potential der Pilzflora in vivo läßt sich anhand von Versuchen in vitro abschätzen. Zeit- und flächenintensive Biotests könnten daher durch besser handhabbare Laborversuche weitgehend ersetzt werden.

Die durchgeführten Untersuchungen haben deutlich gezeigt, daß sich mit Hilfe der vorhandenen Pilzflora als Indikator, die phytosanitäre Qualität von Komposterden feststellen läßt.

5.7. Vorschläge zur Überprüfung der phytohygienischen Qualität von Komposten

Die in der aktuellen Fassung der Bioabfall-VO vorgeschriebenen Prozeß- bzw. Produktprüfungen im Bereich Phytohygiene wurden unter Gliederungspunkt 2.4.4 bereits aufgeführt. Ausreichend hohe Rottetemperaturen sind der beste Garant für ein phyto- und auch seuchenhygienisch einwandfreies Endprodukt. Zur Überprüfung des Temperaturverlaufes sind regelmäßige Temperaturkontrollen vorgeschrieben. Die Überlebensfähigkeit der ausgewählten Indikatororganismen soll Indiz dafür sein, ob eine Kompostierungsanlage den Anforderungen der in Kürze rechtskräftigen Bioabfall-VO genügt.

Ganz allgemein sollte ein Indikatororganismus folgende Bedingungen erfüllen:


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Die ausgewählten Testorganismen weisen eine hohe Hitzetoleranz auf. Für eine Abtötung sind nachweislich mindestens Temperaturen von 55-60 °C über 12-21 Tage erforderlich (Herrmann et al., 1994). Sie gehören aber nicht zu den ubiquitär stark verbreiteten phytopathogenen Schaderrregern und sind spezialisiert auf einen engen Wirtspflanzenkreis. Zudem ist ihr Nachweis aufgrund der notwendigen Biotests sehr aufwendig.

Zu allgemein gültigen Aussagen könnte die alternative Untersuchung ausgesprochen ubiquitär vorkommender Schaderreger als Testorganismus führen, wie beispielsweise einer phytopathogene Pythium-Art oder eines Isolates von Fusarium culmorum. Diese Pilzarten besitzen ebenfalls eine relativ hohe Hitzeresistenz mit Letaltemperaturen zwischen 50 °C und 60 °C (Altmann et al., 1973). Daneben sind sie, wie beispielweise Pythium irregulare, im Kompostrohmaterial auch nachweislich vorhanden (vgl. 5.1.3). Als Richtwert sollte eine Nulltoleranz dieser Testorganismen vorgeschrieben werden. Ein Nachweis wäre, wie anhand der vorangegangenen Versuche beschrieben (vgl. 3.2.2), auch ohne Biotest im Labor möglich. Ein weiteres Qualitätsmerkmal von Komposterden aus phytohygienischer Sicht ist die Anwesenheit von antagonistisch wirksamen Pilzarten. Laut Bioabfall-VO soll die regelmäßige Endproduktkontrolle von Komposten im Bereich Phytohygiene allein mit der Bestimmung des Gehaltes an keimfähigen Samen (weniger als 2 pro Liter Prüfsubstrat) abgedeckt werden. Eine planmäßige Untersuchung von Komposten auf dieses Qualitätsmerkmal wäre als Element der regelmäßigen Produktkontrolle von Komposten zu überlegen. Die regelmäßige Untersuchung von Fertigkomposten auf antagonistisch wirksame Trichoderma-Arten würde mit wenig Aufwand eine aussagekräftigere Beurteilung des Endproduktes Kompost zulassen. Mit Hilfe der beschriebenen Isolierung, ist der quantitative und qualitative Nachweis dieser Gattung als Indikatororganismus leicht möglich.

Demgegenüber sind verschiedene Penicillium-Arten bzw. Pythium oligandrum zwar ebenfalls nachweislich starke Antagonisten gegenüber Pathogenen, aber aufgrund des größeren Isolations- und Bestimmungsaufwandes als Testorganismen weniger gut geeignet.

Um Komposterden qualitativ zu verbessern, wäre auch eine Zugabe von besonders stark antagonistisch wirkenden Isolaten aus Komposterde, beispielsweise Trichoderma atroviride oder Pythium oligandrum, während der Nachrotte zu überlegen.


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