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Abstract (English)
Weed control is a challenging task for farmers in highly specialized crop production systems. The competition of weeds for light, nutrients and water causes significant yield losses. Chemical weed control is still the standard method in European cropping systems. Due to their high selectivity and efficacy against a wide range of weed species, herbicides provide the most efficient weed control in most crops. However, negative impact of herbicides on the environment, loss of biodiversity, possible risks to consumers due to residues in food chain and the increase and spread of herbicide-resistant species force farmers to reduce herbicide use and call for alternative weed control methods. Mechanical weed control methods including hoeing and harrowing represent the most promising alternative direct weed control methods. Weed control costs for mechanical methods are still higher than for herbicides and weed control efficacy is often lower with less than 80 % compared to around 95 % for herbicides. The efficacy of mechanical weed control is dependent on external factors such as soil water content, soil texture, and weed species diversity in the particular field. Herbicides can therefore not be replaced by a single mechanical weed control method. It needs an Integrated Weed Management (IWM) strategy including preventive and direct methods of weed suppression. In this study, IWM were investigated for typical arable farming systems in Southwestern Germany. Studies for this thesis were conducted from 2017 to 2022. The objectives of the thesis were to combine preventive and curative methods of weed control in diverse cropping systems and to improve mechanical weed control methods by precision farming technologies. The results of the thesis have been published in five papers.
The first article addressed the effects of preventive weed control by stubble tillage, cover cropping, and the use of glyphosate treatments against Alopecurus myosuroides and volunteer cereals. In two field trials at two sites, cover crop mixtures achieved equal weed control efficacy of up to 100 % as the dual glyphosate treatment. Stubble tillage practices resulted in lower control but caused the highest energy consumption.
The second article focused on the effect of two seeding dates (early-, delayed-sowing) and different herbicide strategies on A. myosuroides control on winter cereals. This study was conducted over three years at three locations. Delayed sowing reduced weed emergence by 30-40 %. Delayed sowing in combination with the pre-emergence herbicide cinmethylin provided equal weed control efficacy as a combination of pre-emergence and post-emergence herbicides.
The third article focused on the control of A. myosuroides including the combination of integrated stubble management and various application rates of the pre-emergence herbicide cinmethylin. In four field trials over a two-year period, the pre-emergence herbicide cinmethylin was applied at two application rates at two sites. Control success of up to 100 % was achieved through the combination of inversion tillage, false-seedbed preparation and the reduced rate of cinmethylin. The results also showed a high variation of the effect of preventive measures.
The fourth article deals with IWM in spring oats and winter wheat. Field experiments were conducted at two locations over two years in five field trials. Chemical weed control was combined with sensor-based mechanical weed control. Data showed that sensor-based mechanical weed control (hoeing and harrowing) in the field trials achieved equal weed control efficacy of up to 100 %. However, highest grain yields were recorded for the combination of pre-emergence herbicide and post-emergence mechanical weed control.
The last article dealt with a new cultivation system without chemical synthetic pesticides but with mineral fertilizers (MECS). The hypothesis was that MECS would increase the competitiveness of the crop on the weeds and generate higher yield benefit compared to the organic cultivation system. Field trials were conducted at four sites over two years. Three different cropping systems, an organic cropping system managed according to organic farming guidelines, a conventional cropping system and a MECS, were compared in a 5-year crop rotation. After two years of studies, no clear conclusion can be made how MECS affects the interaction of crops and weeds. Weed control efficacy in MECS was lower than organic farming. The increase in weed pressure in MECS will cause problems in the subsequent crops. Yields were significantly higher in MECS compared to the organic system and only slightly lower than in the conventional system.
It can be concluded from these studies that IWM in combinations with precision farming technologies for mechanical weeding can replace herbicides. However, weed control costs were higher with non-chemical weed control methods.
Abstract (German)
Die Unkrautbekämpfung ist eine herausfordernde Aufgabe für Landwirte in hochspezialisierten Anbausystemen. Die Konkurrenzkraft der Unkräuter um Licht, Nährstoffe und Wasser führt zu erheblichen Ertragseinbußen. Die chemische Unkrautbekämpfung ist in europäischen Anbausystemen immer noch die Standardmethode. Aufgrund ihrer hohen Selektivität und Wirksamkeit gegen eine breite Palette von Unkrautarten bieten Herbizide in den meisten Kulturen die effizienteste Unkrautbe-kämpfung. Die negativen Auswirkungen von Herbiziden auf die Umwelt, der Verlust der Artenvielfalt, mögliche Risiken für die Verbraucher aufgrund von Rückständen in der Nahrungskette und die Zunahme und Verbreitung herbizidresistenter Arten zwingen die Landwirte jedoch, den Herbizideinsatz zu reduzieren und alternative Unkrautbekämpfungs-methoden zu suchen. Mechanische Unkrautbekämpfungsmethoden wie Hacken und Striegeln sind die vielversprechendsten alternativen Methoden der direkten Unkrautbekämpfung.
Die Kosten für mechanische Unkrautbekämpfungsmethoden sind immer noch höher als die für Herbizide, und die Wirksamkeit der Unkraut-bekämpfung ist oft geringer (weniger als 80 % im Vergleich zu etwa 95 % bei Herbiziden). Die Wirksamkeit der mechanischen Unkrautbekämp-fung hängt von externen Faktoren wie dem Wassergehalt des Bodens, der Bodenbeschaffenheit und der Vielfalt der Unkrautarten auf dem jeweiligen Feld ab. Herbizide können daher nicht durch eine einzige mechanische Unkrautbekämpfungsmethode ersetzt werden. Es bedarf einer Strategie des integrierten Unkrautmanagements (IWM), die präventive und direkte Methoden der Unkrautunterdrückung umfasst. In dieser Studie wurden IWMs für typische Ackerbausysteme im Südwesten Deutschlands untersucht. Die Untersuchungen für diese Arbeit wurden von 2017 bis 2022 durchgeführt. Ziel der Arbeit war es, präventive und kurative Methoden der Unkrautbekämpfung in verschiedenen Anbau-systemen zu kombinieren und mechanische Unkrautbekämpfungsmetho-den durch Precision Farming Technologien zu verbessern. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in fünf wissenschaftlichen Artikeln veröffentlicht.
Der erste Artikel befasste sich mit den Auswirkungen der präventiven Unkrautbekämpfung durch Stoppelbearbeitung, Zwischenfruchtanbau sowie Glyphosatbehandlungen gegen Alopecurus myosuroides und Ausfallgetreide. In zwei Feldversuchen an zwei Standorten erzielten Deckfruchtmischungen die gleiche Wirksamkeit bei der Unkrautbekämp-fung von bis zu 100 % wie die duale Glyphosatbehandlung. Die Stoppel-bearbeitung führte zu einer geringeren Kontrolle, verursachte aber den höchsten Energieverbrauch.
Der zweite Artikel befasste sich mit den Auswirkungen von zwei Aussaat-terminen (Früh- und Spätsaat) und verschiedenen Herbizidstrategien auf die Bekämpfung von A. myosuroides in Wintergetreide. Diese Studie wurde über drei Jahre an drei Standorten durchgeführt. Die späte Aussaat reduzierte das Aufkommen von Unkraut um 30 bis 40 %. Spätsaat in Kombination mit dem Vorauflaufherbizid Cinmethylin bot die gleiche Wirksamkeit bei der Unkrautbekämpfung wie eine Kombination aus Vorauflauf- und Nachauflaufherbiziden.
Der dritte Artikel befasste sich mit der Bekämpfung von A. myosuroides in Kombination mit einer integrierten Stoppelbearbeitung und verschie-denen Aufwandmengen des Herbizids Cinmethylin vor Pflanzenaufgang. In vier Feldversuchen über einen Zeitraum von zwei Jahren wurde das Vorauflaufherbizid Cinmethylin in zwei Aufwandmengen an zwei Stand-orten eingesetzt. Durch die Kombination von inverser Bodenbearbeitung, falscher Saatbettbereitung und der reduzierten Cinmethylin-Dosierung wurde ein Bekämpfungserfolg von bis zu 100 % erzielt. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Schwankungsbreite in der Wirkung der vorbeugenden Maßnahmen.
Der vierte Artikel befasste sich mit IWM in Sommerhafer und Winter-weizen. An zwei Standorten wurden in fünf Feldversuchen über zwei Jahre hinweg Feldversuche durchgeführt. Die chemische Unkrautbekämpfung wurde mit der sensorgestützten mechanischen Unkrautbekämpfung kombiniert. Die Daten zeigten, dass die sensorgestützte mechanische Unkrautbekämpfung (Hacken und Striegeln) in den Feldversuchen eine gleichwertige Unkrautbekämpfungseffizienz von bis zu 100 % erzielte. Die höchsten Kornerträge wurden jedoch bei der Kombination aus Herbi-zid vor Pflanzenaufgang und mechanischer Unkrautbekämpfung nach Pflanzenaufgang erzielt.
Der fünfte Artikel befasste sich mit einem neuen Anbausystem ohne chemisch-synthetische Pestizide, aber mit Mineraldünger (MECS). Die Hypothese lautete, dass MECS die Konkurrenzfähigkeit der Pflanzen gegenüber Unkräutern erhöht und im Vergleich zum ökologischen Anbau-system einen höheren Ertragsvorteil bringt. Die Feldversuche wurden über zwei Jahre an vier Standorten durchgeführt. Drei verschiedene Anbau-systeme, ein ökologisches Anbausystem nach den Richtlinien des ökologischen Landbaus, ein konventionelles Anbausystem und ein MECS, wurden in einer fünfjährigen Fruchtfolge verglichen. Nach zwei Jahren konnte keine eindeutige Schlussfolgerung darüber gezogen werden, wie sich das MECS auf die Interaktion von Pflanzen und Unkraut auswirkt.
Die Wirksamkeit der Unkrautbekämpfung war in MECS geringer als im ökologischen Landbau. Der erhöhte Unkrautdruck in MECS wird in den Folgekulturen Probleme verursachen. Die Erträge waren in MECS deut-lich höher als im ökologischen System und nur geringfügig niedriger als im konventionellen System.
Diese Studien lassen den Schluss zu, dass IWM in Kombination mit Tech-nologien der Präzisionslandwirtschaft zur mechanischen Unkrautbekämp-fung Herbizide ersetzen kann. Allerdings waren die Kosten für die Unkrautbekämpfung bei nicht-chemischen Methoden höher.
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Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Phytomedicine
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2023-09-08
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Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Saile2023,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6897},
author = {Saile, Marcus},
title = {Integrated weed management in a pesticide free area},
year = {2023},
school = {Universität Hohenheim},
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