Erarbeitung von spezifischen Leitlinien für den integrierten Pflanzenschutz und den Pflanzenschutz im ökologischen Landbau im Sektor Vorratsschutz

Das Projekt widmete sich der Erstellung des Entwurfs zu spezifischen Leitlinien des integrierten Pflanzenschutzes(IPS) im Sektor Vorratsschutz. Es bedient die Ziele des Nationalen Aktionsplans der Bundesregierung zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln(2013) und passt sich in das Förderprogramm BÖLN ein. Mit dem Projekt wird der Besonderheit des Sektors Vorratsschutz und seinem Kreis an unterschiedlichen beruflichen Anwendern von Pflanzenschutzmitteln Rechnung getragen. Berufsständische Verbände als Adressat für die Entwicklung von Leitlinien waren deshalb von Beginn an beteiligt. Der Entwurf enthält einen allgemeinen Teil mit einer für den Vorratsschutz erklärten Form der acht allgemeinen Grundsätze des IPS nach Richtlinie 2009/128/EG. Enthalten ist weiterhin eine konkretere Fassung in Form einer Maßnahmentabelle mit Fokus auf die Getreide- und Schüttgutlagerung. Sie führt die Abfolge der als maßgeblich anerkannten Überlegungen hinsichtlich einzelner Schadorganismen vor. Wesentlich ist dabei die Bevorzugung präventiver, nichtchemischer Maßnahmen. Damit sind die Leitlinien auch für den Vorratsschutz im ökologischen Landbau geeignet. Es wird herausgestellt, wo Maßnahmen deutlich über die gute fachliche Praxis im Pflanzenschutz hinausgehen. Gleichzeitig bietet die Tabelle für die Getreide- und Schüttgutlagerung eine Interpretationshilfe der guten fachlichen Praxis für den, dort sonst wenig erklärten Vorratsschutz. Die Maßnahmen sind nach ihrer Praktikabilität bewertet. Die Kriterien wirksam, wirtschaftlich und bewährt wurden berücksichtigt. In dieser Form lässt sich die Leitlinie entsprechend den Fortschritten im IPS anpassen und ist damit als ein robustes Instrument zur Einführung und Fortentwicklung des IPS besonders geeignet und motivierend. Im Weiteren können die Leitlinien des IPS für den Sektor Vorratsschutz auch als Grundlage für Überlegungen zur nachhaltigen Anwendung von Bioziden in diesem Bereich entsprechend der Richtlinie 2009/128/EG dienen

Development of guidelines for integrated pest management – also for non-agriculture land

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Review of the field experiments in Dahnsdorf (German state Brandenburg) aiming at evaluation of genetically modified crops for the goals of integrated plant protection and for coexistence

Der Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen erreichte 2009 weltweit über 130 Millionen ha. In Deutschland, wo seit 2008 kein Anbau mehr stattfindet, wird über die Vor- und Nachteile dieser Sorten heftig gestritten. Das Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) trägt von Beginn an mit wissenschaft­lichen Untersuchungen und Stellungnahmen zur Versachlichung dieser Diskussion bei. Auf dem Versuchsfeld des JKI in Dahnsdorf, Land Brandenburg, fanden von 1996 bis 2009 Versuche mit gentechnisch verändertem Winterraps, Mais und Kartoffeln sowie Versuche zur Koexistenz von Mais statt. Im Mittelpunkt standen dabei die Herbizidresistenz für Glufosinat bei Winterraps und Mais sowie die Fruktanbildung bei Kartoffeln. Die gentechnisch veränderten Sorten und Linien erfüllten im Vergleich mit den konventionellen Vergleichssorten alle relevanten Anforderungen für die biologische Sicherheit. Die Auskreuzung bei Raps und Mais in benachbarte konventionelle Bestände findet statt, kann aber über Isola­tionsabstände und ackerbauliche Maßnahmen während der Ernte niedrig gehalten werden. Die beobachteten ackerbaulichen Vor- und Nachteile beim Anbau von glufosinatresistenten Kulturpflanzen müssen gut bedacht werden, um integrierte Pflanzenschutz- und Bodenbearbeitungssysteme nachhaltig gestalten zu können. Die gentechnische Modifikation der Fruktankartoffel führte zu unerwarteten Veränderungen bei weiteren Merkmalen wie der Länge des Haupttriebes oder der Anfälligkeit für Schadorganismen. Für den Anbau der Fruktankartoffel sollten sich daraus allerdings keine höheren Intensitäten für den Pflanzenschutz ergeben. Der Beitrag stellt in einer Rückschau die wichtigsten Ergebnisse der Versuche in Dahnsdorf dar und berücksichtigt dabei neue Erfahrungen aus dem Anbau und der biologischen Sicherheitsforschung.Worldwide cultivation of genetically modified crops has reached more than 130 million ha in 2009. In Germany, where the cultivation has been stopped since 2008, the risks and benefits of these cultivars are intensely discussed. From the beginning the Julius Kühn-Institut (JKI) has contributed objectively with scientific investigations and statements to the context of this discussion. From 1996 to 2009, field experiments with genetically modified winter oilseed rape, maize and potatoes and experiments on the coexistence of maize were conducted at the experimental field station of the JKI in Dahnsdorf, German state Brandenburg. The traits used were herbicide resistance to glufosinate in oilseed rape and maize, and fructan synthesizing in potatoes. In comparison with the conventionally bred counterparts the genetically modified cultivars and lines met all relevant biosafety requirements. Out-crossing of transgenic oilseed rape and maize into conventional cultivars were observed, but can be kept low by isolation distances or agronomic measures during harvest. The distinct observed agronomic advantages and disadvantages of glufosinate resistant crops have to be considered cautiously in order to design sustainably integrated plant protection and soil management systems. The genetic modification of the fructan potato led unexpectedly to further changes such as the length of the main shoot and susceptibility for pests and diseases. However, these side effects are not expected to cause higher intensities in plant protection or increased risks for the environment. The review summarizes main results of the long term experiments in Dahnsdorf, and considers new results of growing genetically modified crops and biosafety research

On the effects of natural site conditions and agricultural measures on soil organisms – surveys in long-term experiments of the Julius Kühn-Institute in Dahnsdorf (Hoher Fläming, Land Brandenburg)

Eine hohe Diversität von Bodenorganismen in Verbindung mit deren Ökosystemdienstleistungen nimmt ganz entscheidend Einfluss auf die Bodenfruchtbarkeit und damit die Kulturpflanzenerträge. Regenwürmer und Boden­mikroorganismen stellen für den Abbau des organischen Pflanzenmaterials und damit für die Nährstoffbereitstellung eine wichtige Rolle dar. Untersuchungen zum Schutz und zur Förderung dieser Organismen sind daher eine zentrale Aufgabe in vielen Langzeitversuchen. Erkenntnisse zu den Auswirkungen von natürlichen Standortfaktoren und ackerbaulichen Maßnahmen stehen dabei im Mittelpunkt. Die 5-jährigen Ergebnisse aus den Langzeitversuchen des Julius Kühn-Instituts in Dahnsdorf (Hoher Fläming, Land Brandenburg) zeigen, dass die Witterung und die Bodenbearbeitung viel stärkeren Einfluss auf die Regen­wurmgesellschaften ausüben als Pflanzenschutzmaßnahmen. Besonders deutlich werden die Effekte der nichtwendenden Bodenbearbeitung auf die beiden Leitarten Aporrectodea caliginosa (endogäische Lebensform) und Lumbricus terrestris (anek­tische Lebensform). Neben diesen beiden Leitarten wurden auf dem Versuchsfeld, aller­dings mit deutlich gerin­geren Abundanzen, noch die endo-anektische Art Aporrectodea longa und die beiden endogäischen Arten Aporrectodea rosea und Allobophora chlorotica gefunden. Die Einarbeitung der Stoppel und der Strohreste bei der wendenden Bodenbearbeitung verbessert das Nahrungsangebot für A. caliginosa, die darauf mit einer höheren Abundanz reagieren. Und umgekehrt scheint die nichtwendende Bodenbearbeitung die anektische Art L. terrestris zu fördern, weil das Nahrungsangebot auf dem Boden und der Erhalt der Röhren im Boden dieser Lebensform zugutekommen. Gut zu beobachten war, dass gute Witterungsbedingungen für einen hohen Winterweizenertrag einhergingen mit einer Zunahme der Abundanz aller Arten im Folgejahr. Oder umgekehrt, dass die extreme Trockenheit und die hohen Temperaturen im Jahr 2018 die Abundanz der Regenwurmgesellschaften nachhaltig reduziert haben. Die mittlere Artenanzahl und Anzahl der adulten Regenwürmer über alle Lebensformen und Varianten hinweg liegt mit 3,0 bzw. 58 Tieren pro m2 nah am Referenzwert für „Ackerland auf Sand“ nach Römbke et al. (2012). Weder für die Bodenbearbeitung noch für das Betriebssystem konnte innerhalb des 5-jährigen Untersuchungszeitraumes eine nachhal­tige Änderung der Aktivität der Bodenmikroorganismen in den untersuchten Vari­anten nachgewiesen werden.A high diversity of soil organisms in conjunction with their ecosystem services has a decisive influence on soil fertility and thus crop yields. Earthworms and soil microorganisms are of great importance for the degradation of plant material and thus for the provision of nutrients. Studies on the protection and promotion of these orga­nisms are therefore of central importance in long-term experiments. Findings on the effects of natural site factors and agronomic measures are the focus of these studies. The 5-year results from the long-term experi­ment of the Julius Kühn-Institute in Dahnsdorf (Hoher Fläming, Land Brandenburg) show that weather and tillage have a much stronger influence on earthworm communities than plant protection measures. The effects of conser­vation tillage on the two indicator species Aporrectodea caliginosa (endogeic worm) and Lumbricus terrestris (anecic worm) are particularly clear. Furthermore the endo-anecic worm Aporrectodea longa and the endogeic worm Aporrectodea rosea and Allobophora chlorotica have been found but with less abun­dances. The incorporation of stubble and straw residues into the soil during tillage improves the food supply for A. caliginosa, which reacts with a higher abundance. And vice versa, conservation tillage seems to promote the anectic species L. terrestris, because the food supply on the soil and the preservation of the tubes in the soil benefit this life form. It was well observed that best weather conditions for a high wheat yield were accompanied by an increase in abundance of all species in the following year. Or, conversely, that the extreme drought and high temperatures in 2018 have sustainably reduced the abundance of earthworm communities – regardless of the crop system or tillage. The average number of species and adult earthworms across all life forms and variants is, at 3.0 and 58 animals per m2 respectively, close to the reference value for “arable land on sand” according to Römbke et al. (2012). With regard to soil microorganisms, neither tillage nor the crop system (conventional or organic) have been shown a sustainable change in the activity

Regenwurmzönose - Auswirkungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln auf die Bodenfruchtbarkeit unter Nutzung von Regenwürmern als Indikatoren am Beispiel Weinbau

Ziel der biologischen Zustandserfassung war die Darstellung eingetretener Wirkungen von Kupferbelastungen auf die Bodenzönose im Qualitätsweinbau auf der Grundlage aktuell vom JKI erhobener Daten zur Belastungs- und Expositionssituation an 16 repräsentativen Standorten. Die Auswirkungen von Kupfer auf die Bodenfruchtbarkeit bei Sonderkulturflächen wurden unter Nutzung von Regenwürmern als Indikatoren unter realen Feldbedingungen bestimmt. Das Methodeninstrumentarium für die biologische Bestandsaufnahme bei Anwendungen kupferhaltiger PSM wurde weiter entwickelt und methodische Vorgaben für längerfristige Beobachtungen der Auswirkungen auf Indikatororganismen validiert. Aussagen zu Anpassungseffekten von Indikatorarten an Kupfergehalte im Boden und zum Einfluss von standortbezogenen Faktoren, Bewirtschaftungsweise, Bodenbearbeitung, Pflanzenschutzmanagement auf bioverfügbares Kupfer liefern einen Beitrag zur Bewertung der Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Produktion als Grundlage für die Beratung von Behörden und der Betriebe des ökologischen wie konventionellen Anbaus. Die Untersuchungen zu den Auswirkungen auf das Bodenleben dienen als wissenschaftliche Grundlage für die Nutzen-Risikoabschätzung des Wirkstoffs Kupfer in Verbindung mit seiner Aufnahme in die Liste genehmigter Wirkstoffe nach Artikel 78 Absatz 3 der Verordnung (EG) Nr. 1107/2009

Surrogate-based Bayesian Comparison of Computationally Expensive Models: Application to Microbially Induced Calcite Precipitation

Geochemical processes in subsurface reservoirs affected by microbial activity change the material properties of porous media. This is a complex biogeochemical process in subsurface reservoirs that currently contains strong conceptual uncertainty. This means, several modeling approaches describing the biogeochemical process are plausible and modelers face the uncertainty of choosing the most appropriate one. Once observation data becomes available, a rigorous Bayesian model selection accompanied by a Bayesian model justifiability analysis could be employed to choose the most appropriate model, i.e. the one that describes the underlying physical processes best in the light of the available data. However, biogeochemical modeling is computationally very demanding because it conceptualizes different phases, biomass dynamics, geochemistry, precipitation and dissolution in porous media. Therefore, the Bayesian framework cannot be based directly on the full computational models as this would require too many expensive model evaluations. To circumvent this problem, we suggest performing both Bayesian model selection and justifiability analysis after constructing surrogates for the competing biogeochemical models. Here, we use the arbitrary polynomial chaos expansion. We account for the approximation error in the Bayesian analysis by introducing novel correction factors for the resulting model weights. Thereby, we extend the Bayesian justifiability analysis and assess model similarities for computationally expensive models. We demonstrate the method on a representative scenario for microbially induced calcite precipitation in a porous medium. Our extension of the justifiability analysis provides a suitable approach for the comparison of computationally demanding models and gives an insight on the necessary amount of data for a reliable model performance