Evaluation of the new cropping practices in sugar beet (Beta vulgaris L.) cultivation in the central black soil region of Russian Federation

Abstract

In recent years Russian sugar production has exceeded the country needs with a surplus of 500.000 tons. Sugar producers and traders are forced to start trading on the global markets. However, ineffective production, caused by low yields of sugar puts the price of Russian sugar 35 to 50 % higher than the leading sugar exporters. Weeds belong to one of the main factors reducing sugar beet yield. Weeds that survive control operations may cause significant crop yield reductions. Rapid emergence and homogeneous crop stand are very important for competition with weeds. At the same time, the crop may be suppressed by selective herbicide application, if herbicides are applied during suboptimal weather conditions. This study evaluated glyphosate-tolerant sugar beet technology and seed priming for the possibility to increase the productivity of sugar beet cultivation. A series of studies were carried out in different environments in Germany and in Russian Federation. The scope of the studies was dealing with: i) comparison of the conventional weed control technology with technology, based on glyphosate applications; ii) a study of the crop weed interaction in German environment and in the environment of the Central black soil region of the Russian Federation; iii) tests of sugar beet seed priming for the speed of germination by means of growth chamber test, and for the speed of emergence in the soil seedbed, by means of greenhouse and field experiments. The results of the conducted experiments are concentrated in three scientific articles that have been published in the international peer-reviewed journals: The purpose of the first article was to analyse the weed control efficacy of weed control schemes with one, two and three applications of glyphosate and compare it with the conventional weed control technology. The results show that the application of glyphosate supplied significantly higher efficacy of weed control than conventional herbicides. In five out of 7 experiments single application of glyphosate gave the same weed control efficacy as two or three applications. No significant differences in weed control efficacy were observed between two different dosages of glyphosate – 900 and 1350 g a.e. ha-1. The variants treated with conventional herbicides and with two and three glyphosate applications showed no significant differences in white sugar yield. In one location, the variant with one application of glyphosate resulted in lower white sugar yield due to delayed application of herbicide, and longer time of crop and weed interference. The aim of the second article was to study the yield loss caused by the competition with weeds in different environments. In the Russian locations Chenopodium album L. and Amaranthus retroflexus L. caused serious yield reduction already at low plant densities. White sugar yields harvested at Russian locations were approximately 45 % lower than in German locations. At Russian locations 50 % of the maximum weed population has caused more than 80 % yield reduction. Relative weed cover was the best predictor of the sugar beet yield loss. Weed biomass and weed density gave less accurate predictions. The third article was focused on testing of priming technology on the seed performance and crop establishment. In the controlled environment, primed seeds needed 10 days to reach full germination percentage of the seeds, for not primed seeds it took between 12 and 14 days. Primed seeds produced significantly larger area of plant foliage area and amount of dry biomass than non-rimed seeds. In uncontrolled environments, findings of previous experiments could not be confirmed. Priming did not influence the weed suppressive ability of the crop and the white sugar yield. The general conclusion of this dissertation is that GT technology may help to improve the profitability of sugar beet cultivation for Russian growers by reducing the number of herbicide applications and increase weed control efficacy. Seed priming can give benefits for crop establishment, however only under specific environmental conditions.

In den letzten Jahren übertraf die russische Zuckerproduktion den Bedarf des Landes mit einem Überschuss von 500.000 Tonnen. Zuckerproduzenten und -händler sind gezwungen, auf den Weltmärkten zu handeln. Ineffektive Produktion, verursacht durch niedrige Zuckererträge, führt jedoch dazu, dass der russische Zuckerpreis um 35 bis 50% höher liegt als die führenden Zuckerexporteure. Unkräuter, welche Bekämpfungsmaßnahmen überleben, gehören zu den wichtigsten Faktoren, die den Zuckerrüben erheblich reduzieren. Ein schneller Feldaufgang und ein homogener Rübenpflanzenbestand sind für die Konkurrenz mit Unkräutern sehr wichtig. Allerdings kann die Kulturpflanze durch Herbizide negativ beeinflusst werden, wenn das Herbizid nicht unter optimalen Wetterbedingungen angewendet wird. In der vorliegenden Studie wurden die Glyphosat-tolerante Zuckerrübentechnologie und die Saatgutaktivierung auf mögliche Produktivitätssteigerungen im Zuckerrübenanbau untersucht. Eine Reihe von Untersuchungen wurde in verschiedenen Umgebungen in Deutschland und in der Russischen Föderation durchgeführt. Der Umfang der Studien befasste sich mit: - i) Vergleich der konventionellen Unkrautbekämpfungstechnologie mit der auf Glyphosat-Anwendungen basierenden Technologie; - ii) eine Untersuchung der Interaktion zwischen Kulturpflanzen und Unkräuter in der deutschen Umwelt und in der Umgebung der zentralen Schwarzbodenregion der Russischen Föderation; - iii) Tests der Aktivierung von Zuckerrübensamen auf die Keimungsgeschwindigkeit mittels Klimakammerversuch und auf die Geschwindigkeit des Aufgangs im Bodensaatbett durch Gewächshaus- und Feldversuche. Die Ergebnisse der durchgeführten Experimente sind in drei wissenschaftlichen Veröffentlichungen zusammengefasst, die in internationalen, Peer-Reviewed Zeitschriften veröffentlicht wurden: Ziel der ersten Veröffentlichung ist es, den Erfolg der Unkrautkontrolle mit einer, zwei und drei Anwendungen von Glyphosat mit der konventionellen Technologie der Unkrautkontrolle zu vergleichen. In fünf von sieben Versuchen ergab die einmalige Anwendung von Glyphosat die gleiche Effizienz der Unkrautkontrolle wie bei zwei oder drei Glyphosatanwendungen. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Effizienz der Unkrautkontrolle zwischen zwei verschiedenen Dosierungen von Glyphosat (900 und 1350 g a.e. ha-1) beobachtet. Die mit konventionellen Herbiziden und mit zwei und drei Glyphosat-Anwendungen behandelten Varianten zeigten keine signifikanten Unterschiede im Zuckerertrag. An einem Standort führte die Variante mit einer einmaligen Glyphosatanwendung zu einem niedrigeren Zuckerertrag aufgrund einer verzögerten Herbizidbehandlung und einer längeren Konkurrenzdauer zwischen Kulturpflanzen und Unkräutern. Ziel der zweiten Veröffentlichung war es, den Ertragsverlust zu untersuchen, der durch die Konkurrenz mit Unkraut in verschiedenen Umgebungen verursacht wurde. An den Standorten in Russland führten Chenopodium album L. und Amaranthus retroflexus L. bereits bei niedrigen Pflanzendichten zu einer erheblichen Ertragsreduzierung. Die an russischen Standorten geernteten Zuckererträge waren etwa 45 % niedriger als an deutschen Standorten. An russischen Standorten haben 50 % der maximalen Unkrautpopulation eine Ertragsminderung von mehr als 80 % verursacht. Die relative Unkrautbedeckung war der beste Prädiktor für den Ertragsverlust der Zuckerrüben. Mit Hilfe der Unkrautbiomasse und der Unkrautdichte waren die Verlustprognosen weniger Präzis. Die dritte Veröffentlichung konzentrierte sich auf die Bewertung des Effekts der Priming-Technologie auf die Leistung des Saatguts, sowie Etablierung und der Produktivität von Zuckerrüben. In der kontrollierten Umgebung benötigte aktiviertes Saatgut 10 Tage, um den vollen Keimungsprozentsatz zu erreichen. Für nicht aktiviertes Saatgut dauerte es zwischen 12 und 14 Tagen. Aktiviertes Saatgut erzeugte eine wesentlich größere Blattfläche und Menge an trockener Biomasse als Saatgut ohne Aktivierung. In Feldversuchen, in unkontrollierten Umgebungen konnten frühere Entdeckungen nicht bestätigt werden. Die Unkrautunterdrückungsfähigkeit der Kulturpflanzen und der Zuckerertrag wurden durch die Aktivierung nicht beeinflusst. Die allgemeine Schlussfolgerung dieser Dissertation lautet, dass die GT-Technologie russischen Zuckerrübenanbauern dabei helfen kann, die Rentabilität des Zuckerrübenanbaus zu verbessern, indem die Anzahl der Herbizidbehandlungen reduziert und die Wirksamkeit der Unkrautkontrolle erhöht wird. Saatgutaktivierung kann Vorteile für die Etablierung von Kulturpflanzen bieten, jedoch nur unter bestimmten Umweltbedingungen.