Werkstoff als Pheromondispenser zum Anlocken insbesondere von Fichtenborkenkäfern unter Verwendung eines Trägermaterials

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff als Pheromondispenser zum Anlocken von Forstinsekten, insbesondere Borkenkäfern, insbesondere wiederum Fichtenborkenkäfern der Art ißs typographus (Buchdrucker), umfassend:

- einen käferbürtigen Pheromontyp, beinhaltend wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, insbesondere wiederum wenigstens drei käferbürtige Wirkstoffkomponente/n; sowie

- einen wirtsbürtigen Pheromontyp, beinhaltend wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei wirtsbürtige Wirkstoffkomponente/n.

Borkenkäfer als Problemschwerpunkt rufen in Fichtenwäldern beträchtliche Schäden hervor. Die massenhafte Entwicklung von Borkenkäfern nach Sturm und Eisbrüchen, nach langen Trockenperioden, Waldbränden und vorausgegangenem Insektenfraß führt zum Absterben großer Fichtenbestände. Die Notwendigkeit einer Schadensbegrenzung nimmt daher zu.

In der modernen Forstwirtschaft werden insbesondere aus ökologischen Gründen heute giftfreie Schädlingsbekämpfungsmaßnahmen gefordert. Die nachteiligen Folgen des Insektizideinsatzes auf das biologische Gleichgewicht und die zunehmende Bestrebung, den Wald als Trinkwasserspeicher möglichst frei von Umweltgiften zu halten, haben die Suche nach umweltschonenden Bekämpfungsmöglichkeiten gegen Forstinsekten verstärkt. Es wird daher das Ziel verfolgt, durch rasche und gezielte Maßnahmen

möglichst viele Borkenkäfer an einen Ort anzulocken, effizient zu fangen und deren Massenvermehrung (Gradation) zu unterbrechen bzw. zu verhindern.

Die giftfreie Bekämpfung erfolgt dabei durch Anlocken der Schadinsekten mit Pheromondispenser in Fallen, an Fangbäumen oder Fangpoltem.

Pheromonfallen werden zur Beobachtung der Populationsentwicklung und der Schwärmaktivität (Monitoring) eingesetzt, um den optimalen Gefährdungszeitpunkt feststellen zu können. Darüber hinaus werden Pheromonfallen auch direkt zur gezielten Schädlingsbekämpfung in Käfernestern oder an Waldrändern benutzt.

Pheromone sind chemische Verbindungen, die artspezifisch von Insekten freigesetzt werden, um in erster Linie mit Artgenossen Kontakt aufzunehmen und diese beispielsweise zum Anfliegen an einen Ort zu animieren. Die Wirkstoffkomponenten sind somit Duftstoffe.

Auf dem Gebiet der Pheromondispenser gibt es umfangreiche Entwicklungsarbeiten, wobei insbesondere auf folgenden Stand der Technik verwiesen wird:

DD 0 153 315 DE 35 43 297 A1 DE 43 32 316 C2 WO 99/37146 A1

In der Patentschrift DE 43 32 316 C2 wird ein Mittel zum Anlocken von Borkenkäfern der Art Ips typoqraphus vorgestellt, und zwar unter Verwendung von käferbürtigen und wirtsbürtigen Pheromontypen.

Beim Ips tvpoαraphus besteht der Populationslockstoff aus den käferbürtigen Komponenten (S)-cis-Verbenol, 2-3-2-Methylbutenol und Ipsdienol; die Lockwirkung wird durch wirtsbürtige Komponenten, insbesondere den Monoterpenkohlenwasserstoffen (-)- Alpha-Pinen und (+)-Limonen deutlich verstärkt, wodurch dann die Aggregation am Wirtsbaum ausgelöst wird. Elektroantennogramme weisen darauf hin, dass die

männlichen Käfer der Art ]ßs typoqraphus - die zunächst auch die Wirtswahl treffen - eine deutlich höhere Zahl Akzeptoren für die genannten Monoterpenkohlenwasserstoffe besitzen. Beide Geschlechter der Art, insbesondere aber die Männchen reagieren auf (-)- Alpha-Pinen, die Vorstufe der Pheromonkomponente (S)-cis-Verbenol.

(S)-cis-Verbenol dient der Fernanlockung beider Geschlechter des |gs tvpoqraphus. Es entsteht aus dem im Harz enthaltenen (-)- Alpha- Pinen, dessen Dämpfe erst beim Einbohren des Käfers in den Baum mit der Atmung über das Tracheensystem in den Insektenkörper gelangen und dort zum Verbenol oxidiert werden. Die Stimulationsschwelle für (S)-cis-Verbenol ist außerordentlich niedrig, die Saturierungsschwelle hoch.

2-3-2-Methylbutenol, einem Synergist des (S)-cis-Verbenols, das als Signal zum Einbohren dient, wird mit der Defäkation abgegeben. Für 2-3-2-Methylbutenol, das insbesondere im Nahbereich wirkt, ist die Stimulationsschwelle hoch, die Saturierungsschwelle wird jedoch schnell erreicht.

Das Männchen spezifische (R)- (-)lpsdienol entsteht erst nach erfolgreicher Nahrungsaufnahme und erhöht die Lockwirkung der beiden obligaten käferbürtigen Pheromonkomponenten auf die weiblichen ip_s tvpoqraphus.

Die zeitliche Koinzidenz von Lockstoffabgabe und Auffinden eines geeigneten Wirtsbaumes ist durch zwei Mechanismen gesteuert, die Funktion der einzelnen Pheromonkomponenten und ihre Biosynthese aus Pflanzeninhaltsstoffen des Wirtsbaumes. Synthetische Pheromonköder entfalten dann eine besonders hohe Wirksamkeit in der Anlockung von Borkenkäfern, wenn die Kombination der Pheromontypen optimal aufeinander abgestimmt ist und die Dosis der einzelnen Pheromone dem natürlichen System entspricht.

Die gegenwärtigen Pheromondispenser weisen jedoch folgende Nachteile auf:

- Die bekannten Pheromondispenser weisen zumeist zwei oder mehrere separat wirkende Kammern für die verschiedenen Duftstoffkomponenten auf.

- Über längere Zeit sind sie nicht in der Lage, die Pheromonkombinationen optimal abzugeben, was insbesondere bei dem oben genannten Zwei-Kammer-System zutrifft. Sie sind damit in ihrer Fangleistung nicht optimal wirksam.

- Ihre Nutzungsdauer, gekennzeichnet durch ausreichende biologische Aktivität bei schwärmenden Insekten, ist kürzer als die geforderte Nutzungsdauer von etwa 4 Monaten entsprechend der Flugdauer der Borkenkäfer. Sie sind also zeitlich nur sehr begrenzt wirksam.

- Die begrenzte Wirksamkeitsdauer resultiert aus dem sehr unterschiedlichen Verdunstungsverhalten der eingesetzten Wirkstoffe. Während die käferbürtigen Duftstoffe langsam verdunsten, zeigen die wirtsbürtigen Duftstoffe eine wesentlich höhere Verdunstungsneigung.

Zwecks Beseitigung der oben genannten Nachteile zeichnet sich der weiterentwickelte Werkstoff dadurch aus, dass in die Matrix ein Trägermaterial eingearbeitet ist, das mit den verschiedenen käferbürtigen und wirtsbürtigen Pheromontypen, insbesondere der Borkenkäferart ]fis tvpoqraphus. beladen ist, und zwar unter Bildung entsprechender Trägermaterial/ Pheromon- Addukte, wobei sämtliche Wirkstoffkomponenten an der Adduktbildung beteiligt sind.

In der Offenlegungsschrift WO 99/37146 A1 wird eine Insektenklebefalle im Rahmen eines Mehrschichtensystems vorgestellt, und zwar umfassend eine Trägerschicht, eine lockstoffhaltige Haftklebeschicht und eine Schutzschicht. Während die Trägerschicht gemäß WO 99/37146 A1 lediglich eine Tragfunktion besitzt, zeichnet sich das Trägermaterial des neuen Werkstoffes neben der Tragfunktion vor allem durch eine Beladungsfunktion aus.

Mit diesem neuen Konzept ist es möglich, eine Vielzahl von geeigneten käferbürtigen und wirtsbürtigen Wirkstoffkomponenten miteinander zu kombinieren. Die Werkstoffmatrix mit den integrierten Trägermaterial/Pheromon-Addukten basiert somit auf einem steuerbaren Wirkprinzip für die spezifisch notwendige Bereitstellung (Freisetzungsrate, Abgaberate) der Pheromone und ist somit für verschiedene Insektenarten anwendbar. Insbesondere als Pheromonköder für den Fichtenborkenkäfer ]ßs tvpoqraphus ist das neue

Wirkstoffkonzept den gegenwärtig eingesetzten Ködern hinsichtlich Fangrate und biologische Aktivitätsphase - also in ihrer Leistungsfähigkeit - überlegen.

Die Matrix ist insbesondere ein Polymerwerkstoff, wobei folgende Varianten zu erwähnen sind:

- Die Matrix ist ein Elastomer auf der Basis eines teilvernetzten Kautschuks, vorzugsweise eines teilvernetzten Naturkautschuks (NR), wobei der Vernetzungsgrad 20 bis 80 %, insbesondere 40 bis 60 %, beträgt.

- Die Matrix ist ein thermoplastisches Elastomer (TPE) oder ein thermoplastischer Kunststoff.

Die Trägermaterial/Pheromon-Addukte sind innerhalb der Matrix im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Die Beladungsmenge aller Pheromone in Bezug auf die Gesamtmenge der Trägermaterial/Pheromon-Addukte beträgt 20 bis 60 Gew.-%, insbesondere 40 bis 50 Gew.-%. Das Massenverhältnis von Matrix zur Summe der Trägermaterial/Pheromon-Addukte beträgt dabei 1 : 0,5 bis 1 : 3, insbesondere 1 : 1 ,5.

Das Trägermaterial ist chemisch und biologisch innert, wobei folgende Varianten zu nennen sind:

- Das Trägermaterial ist ein Molekularsieb auf der Basis eines Metall-Aluminium- Silikates, insbesondere eines Natrium-Aluminium-Silikates, das Kristallwasser enthält, und zwar mit überwiegend hydrophilem oder überwiegend hydrophobem Charakter.

Kleinere Poren binden Moleküle fester als große Poren, weil die Bindungskräfte (energetische Wechselbeziehung) von allen Seiten intensiver wirken. Was die Polarität eines Molekularsiebes betrifft, so gilt dabei: je mehr Aluminium und je weniger Silicium ein derartiges Molekularsieb enthält, desto polarer ist seine innere Oberfläche.

- Das Trägermaterial ist ein Silica-Gel, das insbesondere makroporös ist (z.B. 120 Angström). Silica-Gele sind eine amorphe Form des Siliciumdioxids. Das Spektrum der

Porengröße ist gegenüber Molekularsieben groß. Die energetische Wechselwirkung ist gering.

Im einfachsten Fall besteht das Trägermaterial aus einem einheitlichen Werkstoff, beispielsweise in Form eines einheitlichen Molekularsiebtyps.

Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn das Trägermaterial ein Trägersystem ist, wobei folgende beiden Varianten (A, B) zu erwähnen sind:

Variante A

Das Trägersystem umfasst:

- ein erstes Trägermaterial, das mit dem käferbürtigen Pheromontyp, beinhaltend wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei käferbürtige Wirkstoffkomponente/n, beladen ist; sowie

- ein zweites Trägermaterial, das mit dem wirtsbürtigen Pheromontyp, beinhaltend wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei wirtsbürtige Wirkstoffkomponente/n, beladen ist.

Variante B

Das Trägersystem umfasst:

- ein erstes Trägermaterial, das mit dem käferbürtigen Pheromontyp, beinhaltend eine, zwei oder drei käferbürtige Wirkstoffkomponenten, beladen ist;

- ein zweites Trägermaterial, das mit dem wirtsbürtigen Pheromontyp, beinhaltend eine erste wirtsbürtige Wirkstoffkomponente, beladen ist; sowie

- ein drittes Trägermaterial, das mit dem wirtsbürtigen Pheromontyp, beinhaltend eine zweite wirtsbürtige Wirkstoffkomponente, beladen ist.

Insbesondere das wirtsbürtige Trägermaterial/Pheromon-Addukt ist wegen der höheren Verdunstungsneigung zumeist mit einer Schicht mit feuchtehemmender Wirkung ausgestattet. Diese Schicht ist dabei ein Latex auf der Basis eines teilvernetzten Kautschuks, insbesondere eines teilvernetzten Naturkautschuks. Der Vernetzungsgrad beträgt 20 bis 50 %, insbesondere 30 bis 40 %. Diese Konzeption lässt sich insbesondere bei den beiden Varianten (A, B) verwirklichen.

Im Rahmen eines Ausführungsbeispieles wird nun die bevorzugte Variante (B) näher vorgestellt.

- Das erste Trägermaterial ist ein überwiegend hydrophobes Molekularsieb des folgenden Typs:

Na ₈₆ [Al ₈₆ ^• Si ₁₀₆ ^■ O ₃₈₄ ] x 264 H ₂ O bzw. Na ₈₆ [(AIOa) ₈₆ ^■ (Si0 ₂ )ioβ] x 264 H ₂ O

Dieses Molekularsieb (Kurzform: MS 10 A) wird mit den beiden käferbürtigen Wirkstoffkomponenten 2-Methyl-3-buten-2-ol und S-(cis)-Verbenol beladen, und zwar unter Bildung der entsprechenden Addukte. Als dritte Wirkstoffkomponente kann auch Ipsdienol zugeführt werden.

Das Massenverhältnis (in Gew.-%) der beiden käferbürtigen Wirkstoffkomponenten 2-Methly-3-buten-2-ol und S-(cis)-Verbenol beträgt 98 : 2 bis 90 : 10, insbesondere 96 : 4.

- Das zweite Trägermaterial ist ein makroporöses Silica-Gel, das mit der ersten wirtsbürtigen Wirkstoffkomponente in Form von (-)-Alpha-Pinen

(DE 43 32 316 C2) beladen ist, und zwar unter Bildung eines entsprechenden Adduktes.

- Das dritte Trägermaterial ist ein überwiegend hydrophiles Molekularsieb des folgenden Typs:

Na ₁₂ [Al ₁₂ ^• Si ₁₂ ^■ O ₄₈ ] x 27 H ₂ O bzw. Na ₁₂ [(AIO ₂ J ₁₂ ^• (SiO ₂ ) ₁₂ ] x 27 H ₂ O

Dieses Molekularsieb (Kurzform: MS 4 A) wird mit der zweiten wirtsbürtigen Wirkstoffkomponente in Form von (+)-Limonen (DE 43 32 316 C2) beladen, und zwar unter Bildung des entsprechenden Adduktes.

Im Rahmen einer alternativen Ausführungsform kann das zweite Trägermaterial mit (+)-Limonen und das dritte Trägermaterial mit (-)-Alpha-Pinen beladen werden.

Das Massenverhältnis (in Gew.-%) der beiden wirtsbürtigen Wirkstoffkomponenten (-)-Alpha-Pinen und (+)-Limonen beträgt 80 : 20. Auch das Umkehrverhältnis von 20 : 80 ist möglich. Vorzugsweise beträgt jedoch hier das Massenverhältnis 50 : 50, und zwar in Anlehnung an DE 43 32 316 C2 (Patentanspruch 2).

Das Massenverhältnis der käferbürtigen Wirkstoffkomponenten zu den wirtsbürtigen Wirkstoffkomponenten beträgt 1 : 0,5 bis 1 : 3, insbesondere 1 : 1.

Auf der Grundlage des neuen Konzeptes der Schädlingsbekämpfung im Forst wurden verschiedene Pheromondispenser für Freiland- und Laborversuche dem unabhängigen Institut für Forstzoologie und Waldschutz zur Verfügung gestellt.

In Verbindung mit der Borkenkäferart JJDS typographus kamen dabei folgende Wirkstoffkomponenten zum Einsatz:

- käferbürtige Wirkstoffkomponenten

2-Methyl-3-buten-2-ol und S-(cis)-Verbenol (chirale Verbindung) sowie R - (-)lpsdienol (chirale Verbindung)

- wirtsbürtige Wirkstoffkomponenten (-)-Alpha-Pinen und (+)-Limonen.

Basis waren dabei die Vorgaben gemäß DE 43 32 316 C2.

Als Trägermaterialien kamen Molekularsiebe auf der Basis von Natrium-Aluminium- Silikaten mit unterschiedlichen Summenformeln zum Einsatz, die sämtlich Kristallwasser enthielten, und zwar mit überwiegend hydrophilem oder hydrophobem Charakter.

Untersuchungsschwerpunkt bildeten dabei die beiden bereits vorgestellten Molekularsiebtypen MS 4 A und MS 10 A.

Untersuchungsbasis bildete auch ein makroporöses Silica-Gel mit einer Porengröße von 120 Angström.

Ferner wurden die oben genannten Trägermaterialtypen kombinativ eingesetzt.

Im Rahmen der Versuchsreihe betrug die Beladungsmenge aller Pheromone in Bezug auf die Gesamtmenge der Trägermaterial/Pheromon-Addukte 20 bis 60 Gew.-%.

Als Matrix auf Elastomerbasis wurde ein teilvernetzter Naturkautschuk eingesetzt, wobei der Vernetzungsgrad im Bereich von 20 bis 80 % lag.

Im Rahmen der Versuchsreihe betrug das Massenverhältnis von Matrix zur Summe der Trägermaterial/Pheromon-Addukte 1 : 0,5 bis 1 : 3.

Bei allen Probekörpern waren die Trägermaterial/Pheromon-Addukte innerhalb der Matrix im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.

Die einzelnen Probekörper (Pheromonköder) hatten Abmaße von etwa 75 mm x 75 mm x 5mm (10 mm). Das Gewicht betrug zwischen 30 und 60 g.

Es konnte dabei festgestellt werden, dass die neuen Pheromonköder sich durch hohe Anflugraten und lange Wirksamkeit auszeichnen.

Die optimalen Bedingungen wurden im Hinblick auf die Trägermaterialkonzeption (Trägersystem) nach Patentanspruch 24 in Verbindung mit den Patentansprüchen 25, 26 und 27 erreicht, wobei das zweite Trägermaterial (Silica-Gel) mit (-)-Alpha-Pinen und das dritte Trägermaterial (MS 4 A) mit (+)-Limonen beladen war.

Hinsichtlich des Vernetzungsgrades des teilvernetzten Naturkautschuks, Beladungsmenge aller Pheromone sowie des Massenverhältnisses von Matrix zur Summe der Trägermaterial/Pheromon-Addukte konnten die besten Ergebnisse mit folgenden Daten erzielt werden:

- Vernetzungsgrad: 40 bis 60 % (Patentanspruch 7)

- Beladungsmenge: 40 bis 50 Gew.-% (Patentanspruch 12)

- Massenverhältnis: 1 : 1 ,5 (Patentanspruch 14)