Vision-based weed identification with farm robots

Robots in agriculture offer new opportunities for real time weed identification and quick removal operations. Weed identification and control remains one of the most challenging task in agriculture, particularly in organic agriculture practices. Considering environmental impacts and food quality, the excess use of chemicals in agriculture for controlling weeds and diseases is decreasing. The cost of herbercides and their field applications must be optimized. As an alternative, a smart weed identification technique followed by the mechanical and thermal weed control can fulfill the organic farmers’ expectations. The smart identification technique works on the concept of ‘shape matching’ and ‘active shape modeling’ of plant and weed leafs. The automated weed detection and control system consists of three major tools. Such as: i) eXcite multispectral camera, ii) LTI image processing library and iii) Hortibot robotic vehicle. The components are combined in Linux interface environment in the eXcite camera associate PC. The laboratory experiments for active shape matching have shown interesting results which will be further enhanced to develop the automated weed detection system. The Hortibot robot will be mounted with the camera unit in the front-end and the mechanical weed remover in the rear-end. The system will be upgraded for intense commercial applications in maize and other row crops

Lipid-Transfer-Proteine aus Arabidopsis thaliana - physiologische und molekulare Funktionsanalyse

Die durch den obligat biotrophen Protisten Plasmodiophora brassicae hervorgerufene Pflanzenkrankheit Kohlhernie verursacht weltweit hohe ökonomische Verluste. Bis heute gibt es keine effektiven Möglichkeiten, diese Pflanzenkrankheit zu bekämpfen. Eine Analyse der Genexpression in infizierten Wurzeln im Vergleich zu nicht infizierten Wurzeln ergab, dass die Gene für Lipid-Transfer-Proteine während der gesamten Krankheitsentwicklung differentiell reguliert sind. Über die Funktionen von Lipid-Transfer-Proteinen in Pflanzen wird noch spekuliert. Diskutiert wird dabei eine Funktion bei der Anpassung an verschiedene abiotische Stressfaktoren, bei der Pathogenabwehr sowie bei dem Transfer von Lipiden. In dieser Arbeit wurden transgene Pflanzen generiert, in denen die pathogenbedingte LTP-Genregulation umgekehrt ist. Es wurden transgene A. thaliana Pflanzen erzeugt, die die Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT1G12090 sowie AT2G18370 überexprimieren und die Genexpression von AT4G33550 sowie AT1G62510 reprimieren. Die Regulation der LTP-Genexpression erfolgte dabei durch den wurzel- und keimlingsspezifischen Promotor Pyk10. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit auch T-DNA-Insertionsmutanten für die Gene AT1G12090, AT2G18370, AT3G22620, AT5G05960, LTP3 sowie LTP4 untersucht. Mittels semiquantitativer Expressionsanalyse konnte die Modulation der LTP-Genexpression in den LTP-Mutanten bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Modulation der Expression eines LTP-Gens auch die Expression anderer LTP-Gene beeinflusst. Die phytopathologischen Analysen der LTP-Mutanten hinsichtlich der Entwicklung der Pflanzenkrankheit Kohlhernie ergab, dass die Überexpression der Gene LTP1, LTP3 sowie AT2G18370 und die Repression der Expression von AT1G62510 eine verringerte Anfälligkeit für diese Krankheit bewirkt. Die verstärkte Expression der Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT1G12090 sowie AT2G18370 resultiert außerdem in einer verringerten Symptomentwicklung infolge einer Pseudomonas syringae-Infektion. Die verringerte Expression des Gens AT4G33550 führt hingegen zu einer größeren Anfälligkeit für eine P. brassicae Infektion; die Infektion mit P. syringae wird dadurch aber nicht beeinflusst. Die physiologische Charakterisierung der LTP-Mutanten umfasste die Analyse des Pflanzenwachstums unter Salzstress bzw. osmotischem Stress sowie die Entwicklung der Seneszenz in abgetrennten Rosettenblättern. Es konnte gezeigt werden, dass die Gene LTP1, LTP3, LTP4, AT4G33550 sowie AT1G62510 bei der Anpassung an Salzstress sowie die Gene LTP3, AT3G22620, AT4G33550 und AT1G62510 bei der Anpassung an osmotischen Stress eine Rolle spielen. Durch die Modulation der Expression der genannten Gene wird das Wachstum unter diesen Stressbedingungen sowohl positiv als auch negativ beeinflusst. Die Entwicklung der Seneszenz wird ebenfalls durch eine veränderte LTP-Genexpression (LTP1, LTP3, LTP4, AT3G22620 sowie AT4G33550) beeinflusst. Für die biochemische Charakterisierung wurden die LTP-Gene aus A. thaliana mit einem Fusionspartner in E. coli exprimiert und die resultierenden Fusionsproteine gereinigt. Diese wurden nach Abspalten des Fusionspartners hinsichtlich ihrer antimikrobiellen Aktivität und auf die Fähigkeit, Calmodulin zu binden, untersucht. Für die gereinigten Lipid-Transfer-Proteine LTP1, LTP3, LTP4, AT2G18370 sowie AT1G62510 konnte unter den bisher getesteten Versuchsbedingungen keine antimikrobielle Aktivität nachgewiesen werden. Für die Proteine LTP1, LTP3 und LTP4 konnte eine calciumunabhängige Calmodulin-Bindung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Versuche ermöglichen keine Aussage bezüglich der genauen Funktion der einzelnen Lipid-Transfer-Proteine, geben aber Hinweise darauf, dass diese bei den entsprechenden Stress-Vorgängen eine Rolle spielen. Welche Funktion sie dabei genau erfüllen, muss in weiterführenden Analysen untersucht werden

Non-inverting Tillage: Early-Stage Effects on Soil Mechanical Behaviour

Organic farmers often claim positive effects of non-inverting and reduced tillage systems. There is a need of quantifying tilth characteristics in the former plough layer of soil converted to such tillage systems. A non-inverting tillage system (NINV) was tested in a field experiment conducted on a Danish sandy loam soil. It included deep loosening and shallow intensive cultivation and was compared to a conventional ploughing-harrowing tillage system (CONV). A hierarchical analytical procedure was applied in studies of soil fragmentation and soil strength characteristics for the 7-14 cm soil layer. A visual description was carried out and ease of fragmentation was evaluated in the field using a soil drop test. Soil strength was measured in the field with a cone penetrometer and a torsional shear box method, and in the laboratory using an annulus shear strength method. Tensile strength was determined in the laboratory on field-sampled aggregates. The CONV treated soil displayed a higher ease of fragmentation in the field in May as well as in September. In general, aggregates from the NINV treated soil were stronger than aggregates from the CONV treatment. The soils had similar friability indices in May. In September, however, a higher friability index was found for the CONV treated soil (k=0.22 and 0.16, respectively for CONV and NINV). The NINV treated soil also displayed the highest soil strength. The soil tilth was evaluated to be best in the CONV treated soil. Supposed meliorating actions during the growing season did not eliminate the differences between the treatments

Seasonal Response of Workers of the Allegheny Mound Ant, \u3ci\u3eFormica Exsectoides\u3c/i\u3e (Hymenoptera: Formicidae) to Artificial Honeydews of Varying Nutritional Content

Field colonies of Allegheny mound ants, Formica exsectoides, were tested at monthly intervals throughout the summer to assess their preference for artificial honeydews containing varying compositions of sugars and amino acids. In choice tests, foragers significantly preferred high sugar honeydews early in the season, but shifted in mid-season to a strong preference for high amino acid honeydews. Late-season foragers slightly preferred sugars. When offered in equal concentrations, the honeydew sugar, melezitose, was consistently less attractive to foragers than sucrose. However both sugars were readily fed upon, and appeared to attract ants in an additive fashion. No single amino acid was significantly preferred; however the combination of asparagine, glutamine and serine was highly attractive during the mid-season sampling period. The seasonal switch in forager preference between sugars and amino acids coincides with an increase in the amount of actively growing brood

Österreichisches Projekt Grundlagen zur Züchtung, Vermehrung und Sorten-/Saatgutprüfung für den Biolandbau: Ergebnisübersicht

In the Austrian research project “Basic principles for breeding, multiplication and variety testing for organic agriculture” (from 2004 until 2008) novel methods for the assessment of the suitability of seed and cultivars for organic farming were developed and evaluated by an interdisciplinary co-operation of researchers, breeders and variety testers. Organic farming requires specific combinations of crop plant characters, especially seed health and resistance against seed-borne diseases. Another crucial feature is the competitive ability against weeds. Early development was found to significantly increase the competitiveness of different crop plants. Genotypic variation in characters necessary for an efficient utilisation of below-ground resources was also investigated, e.g. interrelations between root development and drought stress tolerance and between mycorrhiza formation and nutrient use efficiency. Based on the results obtained in various cultivar trials, it can be concluded that genotypes suitable for organic growing conditions may be pre-selected from early breeding material of conventional breeding programmes. The selected breeding material must subsequently be rigorously tested on organically managed fields starting from the first yield trials at the latest. The project results were communicated to farmers and advisors during field days and excursions. They will be applied in the breeding of new cultivars

Klimawandel und Ökolandbau – Anpassungsmaßnahmen für die Praxis (Workshop)

Die Landwirtschaft ist – ob konventionell oder bio – gleichermaßen vom Klimawandel betroffen. Dies gilt für Trockenstress oder das Auffangen der Böden von vermehrten Starkniederschlägen. Besondere Prob-leme des ökologischen Ackerbaus sind der vermehrte Unkraut-, Schädlings- und Krankheitsdruck, dem nicht durch konventionelle Methoden beizukommen ist. Probleme sind beispielsweise, dass vermehrter Unkrautdruck zu mehr notwendigen Arbeitsgängen führt. Durch Schädlinge geschwächte Leguminosen fixieren weniger Stickstoff. Welche Lösungsstrategien gibt es für diese drei Problemfelder? Wie können Grundbodenbearbeitung und Fruchtfolgen angepasst werden? Welche Sorten und Aussaatzeitpunkte empfehlen sich? Dieser Workshop richtet sich an Berater, Landwirte und Wissenschaftler gleichermaßen.Zunächst gibt es Kurzpräsentationen ausgewählter Einzelthemen aus Wissenschaft und Praxis. Der Workshop bietet die Möglichkeit, über bestehende Probleme in der Praxis zu diskutieren, Handlungsempfehlungen zu entwickeln und weiterführende Forschungsfragen abzuleiten

GIS-basierte Erfassung und Prognose der räumlichen Verteilung von Pflanzenkrankheiten

Die Erforschung der räumlichen Verteilung von Pflanzenkrankheiten wurde bisher in der Phytomedizin vernachlässigt, da keine adäquaten Mittel zur Verfügung standen, um die auftretenden Phänomene analysieren und darstellen zu können. Eine Fläche wird in den meisten Fällen daher als einheitlich, d.h. homogen angesehen, wenn es um die Berücksichtigung der Verteilung der Befallssymptome von Pflanzenkrankheiten geht. Dies birgt die Gefahr von Fehlern bei der Erfassung des Befalls und verhindert gleichzeitig auch die Identifikation von Teilflächen. Diese Flächen könnten teilflächenspezifisch bewirtschaftet werden. Verfahren zur räumlichen Erfassung müssen diesen Aspekt berücksichtigen, da für den teilflächenspezifischen Pflanzenschutz im Bereich des Precision Farmings die exakte räumliche Wiedergabe der Befallssituation die entscheidende Grundanforderung ist. Bei der Untersuchung der Verteilungsmuster von Pflanzenkrankheiten mit Hilfe von GIS konnte festgestellt werden, dass sich die Symptome von Pflanzenkrankheiten an Winterweizen heterogen auf einer Fläche verteilen. Das heißt, es herrscht keine zufällige Verteilung im Raum vor, sondern die Krankheiten treten bevorzugt in Clustern oder Nestern auf, in denen die Infektion ihren Anfang nimmt. Zum Teil konnten auf den untersuchten Versuchsflächen bei den Pflanzenkrankheiten eindeutige räumliche Präferenzen festgestellt werden. Durch die Berechnung von Korrelationskoeffizienten und die Durchführung von Variogrammanalysen konnte nachgewiesen werden, dass für alle auf den Versuchsflächen nachgewiesenen Pflanzenkrankheiten eine optimale Karte erstellt werden kann, auch unter Berücksichtigung von ökonomischen Notwendigkeiten, wenn die Stichproben in einem gleichmäßigen 9x9m Raster angelegt werden. Gleichzeitig konnte festgestellt werden, dass sich manche Pflanzenkrankheiten bevorzugt entlang bestimmter Richtungen ausbreiten. Viele räumlich verteilt vorkommende Phänomene sind in ihrer Verbreitung von Standortfaktoren abhängig, wie z.B. Unkräuter von den Bodeneigenschaften. Das Wissen um diese Abhängigkeiten ist für den präzisen Pflanzenschutz von großer Bedeutung, für Pflanzenkrankheiten konnten aber auf den Untersuchungsflächen keine räumlichen Abhängigkeiten von Bodeneigenschaften, Bodentypen oder dem Höhenprofil der Flächen festgestellt werden. In dieser Untersuchung wird der Nachweis erbracht, dass die Übertragung einer punktuellen Prognose der Befallsentwicklung von Pflanzenkrankheiten auch in den Raum möglich ist, indem bestehende Prognosemodelle als eigenständige Werkzeuge in ein GIS integriert werden.GIS-based compilation and prognosis of the spatial distribution of plant diseases Research on disease dispersion has been neglected in phytomedicine so far, since there have been no adequate techniques available to analyze and to represent the arising phenomena. Therefore, in most cases fields are regarded as uniform, i.e. homogeneous, concerning the distribution of the infestation symptoms of plant diseases. On this account, these practices should incorporate this aspect during spatial data collection, because the accurate representation of the infestation situation is a crucial basic requirement for site-specific plant protection using Precision Farming. The investigation of the dipersion pattern of plant diseases with GIS showed that their symptoms spread heterogeneously throughout a winter wheat field. This means that diseases are not distributed randomly, but instead arise preferentially in clusters or nests, where the infection begins. To some extent, distinct spatial preferences of the plant diseases could be detected on the study fields. Using correlation coefficients and the variogramm analysis it could be demonstrated that, with a uniform 9x9 raster sampling method for all plant diseases occuring on the study fields, an optimal map could be created, even taking into consideration economic necessities. At the same time a preferential spreading of some plant diseases in a certain direction was detected. Many spatially occuring phenomena depend on site-related factors, e.g. weeds depend on soil qualities. The knowledge of this dependent relationship is vitally important for precise plant protection, for plant diseases however no spatial dependence on soil characteristics, soil types or the elevation profile of the areas, was ascertained. In order to create an optimal map, randomly sampled point data need to be transferred by interpolation in a GIS into a spatial form. Such maps of the dispersal of plant diseases could provide a basis for site-specific procedures. But as a consequence problems caused of data transformation could occur because of the multiplicity of interpolation procedures, which do not fulfill the requirements of an accurate representation of reality in the same ways. Good maps cannot be created from inaccurate data by interpolation. For this reason, a variogram analysis and a cross validation must be carried out before each interpolation to minimize the estimation error. This study demonstrates the possibility of transferring the point-based prediction of the spread of plant diseases into a spatial mode by integrating preexisting prediction models as discrete tools into a GIS

Peradeniya, Pflanzer und die Presse. Die Zusammenarbeit der botanischen Gärten und der Pflanzer bei der Bekämpfung des Kaffeerosts auf Ceylon Ende des 19. Jahrhunderts

1869 brach auf den Kaffeeplantagen in der britischen Kolonie Ceylon (Sri Lanka) die Pflanzenkrankheit "Kaffeerost", verursacht durch den Rostpilz Hemileia vastatrix, aus. Innerhalb von nur knapp 15 Jahren beendete die Krankheit den kommerziellen Kaffeeanbau auf Ceylon nahezu vollständig. Die Bemühungen der botanischen Gärten in Kew (London) und dem örtlichen botanischen Garten in Peradeniya, den Pflanzern zu helfen, scheiterten. Stattdessen führte die Erfolglosigkeit der Wissenschaftler zu Konflikten zwischen Pflanzern und Wissenschaftlern. Kernproblem war die Frage, ob Wissenschaft mit Blick auf den praktischen Nutzen für die Pflanzer betrieben werden sollte, oder ob die botanischen Gärten ihre eigenen Forschungsinteressen verfolgen sollten

Biodiversity versus Transgenic Sugar Beet: The One Euro Question

The decision of whether to release transgenic crops in the EU is one subject to flexibility, uncertainty, and irreversibility. We analyse the case of herbicide tolerant sugar beet and reassess whether the 1998 de facto moratorium of the EU on transgenic crops for sugar beet was correct from a cost-benefit perspective using a real option approach. We show that the decision was correct, if households value possible annual irreversible costs of herbicide tolerant sugar beet with about 1 or more on average. On the other hand, the total net private reversible benefits forgone if the de facto moratorium is not lifted are in the order of 169 Mio per year.Crop Production/Industries, Research and Development/Tech Change/Emerging Technologies,

Biofrühjahrsanbau 2009: Informationen zu Sorten, Saatgut, Krankheiten und Kulturführung

Informationen zu Sorten, Saatgut, Krankheiten und Kulturführung Inhaltsverzeichnis - Sommergerste – Sorteneigenschaften - Sommerweizen – Sorteneigenschaften - Hafer – Sorteneigenschaften - Hirse – Sorteneigenschaften - Mais – Sorteneigenschaften und Versuchsergebnisse - Körnerleguminosen – Sorteneigenschaften und Versuchsergebnisse - Körnerleguminosen – Mischkulturen statt Reinbestände? - Sonnenblumen – Sorteneigenschaften und Versuchsergebnisse - Kartoffeln – Sorteneigenschaften - Untersaaten bei Kartoffeln - Ampferregulierung im Ackerbau - Die Kleeseide als zunehmend bedeutende Pflanzenkrankheit - Gefahr für Körnerleguminosen durch PEMV - Bedeutung von Blühbrachen - Literatur-/Quellenverzeichni