Validation of the chlorophyll fluorescence imaging method (CFI) for early detection of herbicide resistance in weeds

The increasing number of herbicide tolerant weed populations is illustrating the increasing demand for reliable methods for an accelerated detection of herbicide tolerance compared to greenhouse studies. Several methods for resistance quick detection have been published in previous years. One of the recent methods is the Chlorophyll Fluorescence Imaging Method (CFI). For this method changes in photosynthetic activity of the target organisms, caused by herbicides, are determined. General assumption of this method in terms of herbicide resistance detection is that each herbicidal compound, independent of the mode of action, will cause changes within the photosynthetic apparatus of the target organisms. This effect already could be confirmed for several modes of action (PSII, ALS, ACCase, EPSPS, synth. Auxins). Aim of this study is to validate this novel method on the basis of greenhouse experiments and single nucleotide polymorphisms (SNP) analysis. The resistance profiles of 10 black-grass populations (Alopecurus myosuroides Huds.) have been determined in greenhouse herbicide efficacy trials and constitutive SNP analyses of the survivors. With the CFI-method it was possible to detect the resistance profile as well as the resistance frequency within the populations. The results from the greenhouse experiments could be reproduced with conformity of 94%. This result is valid for the tested herbicides mesosulfuron, pyroxsulam as well as clodinafop and pinoxaden. Keywords: ACCase, Alopecurus myosuroides Huds., ALS, blackgrass, herbicide resistance, resistance quick detection Validierung der Chlorophyll Fluoreszenz Imaging-Methode (CFI) zur Früherkennung von Herbizidresistenz in Unkräutern Zusammenfassung Die ständig steigende Zahl herbizidresistenter Unkrautpopulationen verdeutlicht den wachsenden Bedarf an verlässlichen Methoden welche eine, im Vergleich zu Gewächshausversuchen, beschleunigte Detektion von Herbizidresistenz erlauben. Mehrere solcher Methoden wurden in den vergangenen Jahren publiziert. Eine der neuesten Methoden ist das Chlorophyll Fluoreszenz Imaging (CFI). Hierbei handelt es sich um die bildgebende Erfassung von Veränderungen der Fotosyntheseleistung der Zielorganismen, verursacht durch biotische oder abiotische Stressursachen. Die generelle Annahme dieser Methode in Bezug auf Herbizidresistenz ist, dass jeder herbizide Wirkstoff entweder primär oder sekundär eine Beeinträchtigung der Fotosyntheseleitung der behandelten Pflanzen bewirkt. Dieser Effekt konnte in der Vergangenheit bereits für eine große Anzahl herbizider Wirkmechanismen nachgewiesen werden (PSII, ALS, ACCase, EPSPS, synth. Auxine). Die hier vorgestellten Versuche haben zum Ziel, diese neue Methode anhand von Gewächshausversuchen sowie genetischen Untersuchungen zu validieren. Das Resistenzmuster von insgesamt 10 Acker-Fuchsschwanz-Populationen (Alopecurus myosuroides L.) wurden in Gewächshausversuchen im Voraus erfasst und darauf aufbauend molekularbiologisch auf bekannte genetische Mutationen an den Wirkorten untersucht. Mit der CFI-Methode konnte bei allen getesteten Populationen der Resistenzstatus sowie die Frequenz innerhalb der getesteten Population detektiert werden. Im Vergleich zu Gewächshausversuchen sowie den molekularbiologischen Untersuchungen konnten die Ergebnisse zu 94 % reproduziert werden. Dieses Ergebnis ist gültig für die Wirkstoffe Mesosulfuron, Pyroxsulam, Pinoxaden und Clodinafop. Stichwörter: ACCase, Acker-Fuchsschwanz, ALS, Herbizidresistenz, Resistenzschnelltest

Lopsided oat (Avena strigosa) as a new summer annual cover crop for weed suppression in Central Europe

Lopsided oat (Avena strigosa) has been cultivated for many years, especially in Brazil, as a summer annual cover crop. Experiments were conducted in Stuttgart-Hohenheim in 2010 to estimate the capability of lopsided oat, yellow mustard (Sinapis alba), phacelia (Phacelia tanacetifolia) and a cover crop mixture to suppress weeds and volunteer wheat. A pot experiment was conducted to analyze the emergence and growth of the different cover crop species. Twelve weeks after planting, lopsided oat produced 20.7 dt/ha of shoot- and 5.5 dt/ha of root dry matter. A field experiment was established in the summer after harvest of winter wheat. The soil was cultivated with a disc harrow and the cover crops were sown one day later. At four week intervals, the plant density and dry matter of cover crops, weeds and volunteer wheat were determined. Twelve weeks after planting, lopsided oat produced 17.8 dt/ha shoot- and 6.2 dt/ha root dry matter. In the lopsided oat plots, shoot dry matter of weeds and volunteer wheat were reduced by 98 % compared with control plots without cover crops. This was the highest weed reduction of all cover crops studied. The root dry matter of weeds and volunteer wheat was reduced by 55 % to 97 % in all cover crops, compared to the control plots. Lopsided oat reduced the plant density of weeds and volunteer wheat. While there were 54.5 plants/m² in the control plots, only 5.5 plants/m² were counted in the lopsided oat plots. The results showed that lopsided oat has a high potential for suppression of weeds and volunteer wheat in autumn. It also enlarges the number of cultivated cover crops in Central Europe. Keywords: Competition, field experiment, pot experiment, root, shoot, volunteer wheatRauhafer (Avena strigosa) als neue Zwischenfrucht zur Unkrautunterdrückung in MitteleuropaRauhafer (Avena strigosa) wird seit vielen Jahren vor allem in Brasilien als Zwischenfrucht angebaut. In Stuttgart-Hohenheim wurden 2010 Versuche durchgeführt, um die Eignung von Rauhafer, Gelbsenf (Sinapis alba), Phacelia (Phacelia tanacetifolia) und einer Zwischenfruchtmischung zur Unterdrückung von Unkräutern und Ausfallgetreide festzustellen. Ein Topfversuch wurde durchgeführt, um Auflaufen sowie Wachstum der Zwischenfrüchte zu bestimmen. Zwölf Wochen nach Aussaat bildete Rauhafer 20,7 dt/ha Spross- und 5,5 dt/ha Wurzel-Trockenmasse. Ein Feldversuch wurde nach erfolgter Winterweizenernte durchgeführt. Im Anschluss an eine ca. 5 cm tiefe Bodenbearbeitung mit einer Kurzscheibenegge wurden am folgenden Tag die Zwischenfrüchte gesät. Im Abstand von vier Wochen wurden Anzahl und Trockenmasse der Zwischenfrüchte, der Unkräuter sowie des Ausfallgetreides bestimmt. Zwölf Wochen nach Aussaat bildete Rauhafer 17,8 dt/ha Spross- und 6,2 dt/ha Wurzel-Trockenmasse. Die Spross-Trockenmasse der Unkräuter und des Ausfallgetreides konnte durch Rauhafer signifikant um 98 %, verglichen mit einer Kontrolle ohne Zwischenfrucht, reduziert werden. Dies war der höchste Wert aller Zwischenfrüchte. Die Wurzel-Trockenmasse von Unkräutern und Ausfallgetreide wurde von den Zwischenfrüchten durchschnittlich um 55 % bis 97 % reduziert. Rauhafer reduzierte die Anzahl an Unkräutern und Ausfallgetreide. Während 54,5 Pflanzen/m² in den Kontrollparzellen wuchsen, waren es 5,5 Pflanzen/m² bei Rauhafer. Im Rahmen des Feldversuches konnte gezeigt werden, dass Rauhafer sehr gut Unkräuter sowie Ausfallgetreide zu unterdrücken vermag. Er stellt eine Bereicherung des bisherigen Spektrums an Zwischenfrüchten in Mitteleuropa dar. Stichwörter: Ausfallgetreide, Feldversuch, Konkurrenz, Spross, Topfversuch, Wurze

Comparison of different cover crop mulches and extracts on inhibition of crop and weed growth

Weed suppression of cover crops is a result of competition for light, space, water and nutrients and the release of allelochemicals in the soil. Two laboratory and greenhouse experiments were conducted to analyse biochemical effects of extracts and mulches of Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn., Raphanus sativus var. oleiformis Pers. and a cover crop mixture on germination and plant growth of the crop plants maize (Zea mays L.) and sugar beet (Beta vulgaris ssp. vulgaris var. altissima Döll.) and the weeds Chenopodium album L., Matricaria chamomilla L. and Stellaria media (L.) Vill.. In the first experiment, aqueous cover crop extracts were applied on crop and weed seeds in germination assays. Germination rate, mean germination time and root length of crops and weeds were measured. In experiment 2, the influence of cover crop mulch on germination rate and dry weight of the test plants was determined after a period of 21 days. Significant reductions of the root length for all test plants were observed in experiment Additionally, mean germination time was extended for crops and weeds by all cover crops. Germination rate and dry matter of crops and weeds were decreased significantly in experiment 2 compared to the untreated control. Root length, germination rate and mean germination time in germination tests in experiment 1 were found to be correlated with biomass of crops and weeds in experimentThis work reveals the important role of biochemical effects on weed suppression by cover crops.Vergleich verschiedener Zwischenfrucht-Extrakte und Mulch hinsichtlich der Wachstumshemmung von Kulturpflanzen und UnkräuternDie Unterdrückung von Unkräutern durch Zwischenfrüchte kann auf die hohe Konkurrenzkraft um Licht, Raum, Wasser und Nährstoffe, sowie die Abgabe von Allelochemikalien in die Umwelt zurückgeführt werden. Zwei Labor- und Gewächshaus-Versuche wurden durchgeführt, um biochemische Effekte von wässrigen Extrakten und Mulch aus Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn., Raphanus sativus var. oleiformis Pers. und einer Zwischenfrucht-Mischung auf die Keimung und das Wachstum von Mais (Zea mays L.), Zuckerrübe (Beta vulgaris ssp. vulgaris var. altissima Döll.) und Unkräutern (Chenopodium album L., Matricaria chamomilla L., Stellaria media (L.) Vill.) zu untersuchen. Im ersten Experiment wurden wässrige Zwischenfrucht-Extrakte in Keimtests auf Kulturpflanzen und Unkräuter appliziert. Die Keimfähigkeit, durchschnittliche Keimdauer und Wurzellänge von Kulturpflanzen und Unkräutern wurden untersucht. In Experiment 2 wurde der Einfluss von Zwischenfrucht-Mulch auf Keimrate und Trockenmasse der Versuchspflanzen untersucht. Die Wurzellänge aller Versuchspflanzen konnte in Experiment 1 signifikant reduziert werden. Zudem wurde die durchschnittliche Keimdauer für Kulturpflanzen und Unkräuter signifikant erhöht. In Experiment 2 wurden Keimfähigkeit und Trockenmasse durch die Aussaat in Zwischenfrucht-Mulch im Vergleich zur Kontrolle signifikant verringert. Wurzellänge, Keimfähigkeit und durchschnittliche Keimdauer aus den Keimtests in Experiment 1 konnten mit der Biomasse der Kulturpflanzen und Unkräuter aus Experiment 2 korreliert werden.  Diese Studie weist auf die bedeutende Rolle der biochemischen Effekte von Zwischenfrüchten zur Unkrautunterdrückung hin

Efficacy study and resistance detection for pre-emergence herbicides under greenhouse conditions; a method comparison for pendimethalin

Aim of the presented study is to demonstrate the impact of two different irrigation methods, from below and from above, and two different pendimethalin formulations, capsule suspension (CS) and suspension concentrate (SC) on the control efficacy of pendimethalin against Silky bent-grass (Apera spica-venti) under greenhouse conditions. We assume that changes regarding the efficacy level of pendimethalin due to methodological factors will affect the reliability of resistance detection. Five populations of Silky bent-grass were selected according to their various multi-resistance patterns. One population was a standard sensitive reference population while the remaining four populations are characterized by different resistance patterns against herbicides of the HRAC groups A, B, C2, K1 and N. Pendimethalin dose response studies were performed by taking into account the experimental factors (1) irrigation system and (2) pendimethalin formulation. The results show that a combination of CS-formulation and irrigation from above resulted in a significantly reduced efficacy of pendimethalin independent of the resistance profile of the tested populations. Therefore no differentiation between susceptible and tolerant populations was possible. In contrary the SC-formulation resulted in an overkill situation under irrigation from below even at dosages lower than 20% of the recommended field rate. Thus the differentiation between the resistant and susceptible biotype was impossible as well. For the detection of reduced tolerance against pendimethalin a combination of SC­formulation and irrigation from above was found to be favourable and thus this should become the standard procedure for pendimethalin resistance testing. Keywords: Apera spica-venti capsule suspension, non-target-site resistance, pendimethalin, resistance detection, suspension concentrate Wirksamkeitsprüfung und Resistenzdetektion für bodenaktive Herbizide; Ein Methodenvergleich am Beispiel Pendimethalin Zusammenfassung Ziel der vorgestellten Versuche ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Methoden der Bewässerung (Beregnung vs. Anstaubewässerung) und unterschiedlicher Formulierungen von Pendimethalin (Kapselsuspension, CS vs. Suspensionskonzentrat, SC) auf die Wirksamkeit von Pendimethalin unter Gewächshausbedingungen zu untersuchen. Es ist anzunehmen, dass Veränderungen der Wirkung auf Grund von methodischen Faktoren sich auf die Verlässlichkeit der Resistenzdetektion auswirken. Fünf Windhalm Populationen (Apera spica-venti) wurden auf Grund ihrer unterschiedlichen Resistenzprofile für die Versuche ausgewählt. Eine der Populationen war eine sensitive Standard-Population. Vier weitere Populationen zeigten Resistenzen gegenüber Wirkstoffen aus den HRAC Gruppen A, B, C2, K1 und N. Für den Wirkstoff Pendimethalin wurden Dosis-Wirkungs-Versuche durchgeführt unter Einbezug der genannten Versuchsparameter (1) Bewässerungsstrategie und (2) Pendimethalin Formulierung. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass eine Kombination aus CS-Formulierung und Beregnung, unabhängig vom Resistenzprofil der getesteten Population, zu einer eingeschränkten Wirksamkeit von Pendimethalin unter Gewächshausbedingungen führt. Demzufolge war keine Unterscheidung zwischen der sensitiven und der resistenten Population möglich. Im Gegensatz dazu führte die Kombination aus SC-Formulierung und Anstaubewässerung bereits bei Dosierungen von weniger als 20% der empfohlenen Feldaufwandmenge zu 100 % Bekämpfungserfolg. Demzufolge war auch hier keine Unterscheidung zwischen der sensitiven und der resistenten Population möglich. Für die Detektion erhöhter Toleranzen gegenüber Pendimethalin hat sich eine Kombination aus SC-Formulierung und Beregnung als vorteilhaft erwiesen. Diese Erkenntnisse sollten bei der Entwicklung eines standardisierten Testverfahrens berücksichtigt werden. Stichwörter: Apera spica venti, Kapselsuspension, metabolische Resistenz, Pendimathalin, Resistenzdetektion, Suspensionskonzentrat

Comparison of different mechanical weed control strategies in sugar beets

In sugar beet (Beta vulgaris) weed control is commonly performed by herbicide application applied broadcast at splitting during the cultivation period. Mechanical weeding can be an alternative to chemical weed control. The aim of this experiment was the estimation of weed control efficacy with the use of automatic steering technologies by camera guidance, the use of different intra row weed control implements in conservation tillage systems and the influence of these techniques to the number of uprooted sugar beets. A field experiment with a randomized complete plot design was conducted in 2015 at Ihinger Hof, Germany. Weed density ranged from 0 to 12 plants m-2 with Chenopodium album, Polygonum convolvulus, Polygonum aviculare as the most abundant weed species. Hoeing with the use of automatic steering technologies reduced the weed density by 82%. The use of finger weeders, rotary-harrow and torsion finger weeder reduced the weed density by 29% compared to common hoeing strategies. Differences in the number of uprooted sugar beets were not found across all treatments. We revealed the possibility of a more intense use of mechanical weeding technologies in combination with precision farming technologies in sugar beet.Vergleich verschiedener mechanischer Unkrautstrategien in ZuckerrübenIn Zuckerrüben (Beta vulgaris) wird die Unkrautkontrolle meistens durch eine mehrfache Herbizidapplikation auf der gesamten Ackerfläche durchgeführt. Mechanische Unkrautkontrollmaßnahmen können eine Alternative zu den üblichen chemischen Unkrautbekämpfungsstrategien darstellen. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einsatz von automatischen kameragesteuerten Lenkmechanismen und den Einsatz unterschiedlicher „intra row“ Hackwerkzeuge in konservierender Bodenbearbeitung auf ihre Verringerung der Unkrautdichte zu untersuchen, sowie den Einfluss der angewendeten Verfahren auf die Anzahl von entwurzelten Zuckerrüben-Pflanzen zu ermitteln. Hierfür wurde ein Feldversuch im Jahr 2015 am Standort Ihinger Hof mit einer randomisierten vollständigen Blockanlage angelegt. Die Verunkrautung variierte von 0 bis 12 Pflanzen m-2, mit den am häufigsten vorkommenden Arten Chenopodium album, Polygonum convolvulus und Polygonum aviculare. Der Einsatz von kameragesteuerten Lenkmechanismen reduzierte die Verunkrautung in Zuckerrüben um 82 %. Fingerhacke, Rollstriegel und Torsions-Striegel, reduzierten den Unkrautbesatz im Vergleich zum herkömmlichen Hackeinsatz um 29 %. Signifikante Unterschiede in der Bestandesdichte konnten nicht festgestellt werden. In der vorliegenden Studie wurde die Möglichkeit von mechanischen Unkrautbekämpfungsstrategien in Kombination mit konservierender Bodenbearbeitung erfolgreich untersucht

Weed suppression and crop yield performance in sole and intercrops of common vetch and spring wheat depending on seed density ratio in organic farming

Die Saatwicke (Vicia sativa L.) kann durch ihren hohen Rohproteingehalt im Korn eine alternative Körnerleguminose zu Ackerbohnen, Erbsen, Lupinen und Sojabohnen darstellen. Da eine Körnernutzung von Saatwicken unüblich ist, müssen Anbausysteme für diese Nutzung entwickelt werden. Unkrautkonkurrenz stellt im Körnerleguminosenanbau ein zentrales Problem dar, sodass Gemenge-Anbausysteme für die Saatwicke konzipiert werden müssen, die eine gute Unkrautunterdrückung gewährleisten. Vor diesem Hintergrund wurden unterschiedlich zusammengesetzte Gemenge aus Saatwicken mit Sommerweizen und deren Reinsaaten im Jahr 2018 in Norddeutschland untersucht. Ziel war es, diejenigen Saatstärkenverhältnisse zu bestimmen, die die höchste Unkrautunterdrückung und den höchsten Gesamt- sowie Saatwickenertrag erreichen. In einem Feldversuch mit vierfacher Wiederholung wurden zu drei Ernteterminen die Biomasse der Kulturpflanzen sowie zur Vollreife die Kornerträge erfasst. Dabei wurde jeweils auch die Unkraut­biomasse geerntet und deren Stickstoffgehalt analysiert. Die Transmission der photosynthetisch aktiven Strahlung zum Unkrautbestand wurde über den Vegetationsverlauf gemessen. Die Bewertung der Erträge und der Unkrautunterdrückung der Gemenge erfolgte mithilfe verschiedener Indizes. Zudem wurden mögliche Ursachen der Unkrautunterdrückung diskutiert. In den Gemengen mit steigendem Weizenanteil nahm die Unkrautbiomasse ab, wobei diese auch weniger Stickstoff enthielt. Während der Jugendentwicklung transmittierten Gemenge mit höheren Weizenanteilen weniger photosynthetisch aktive Strahlung zum Unkrautbestand, wohingegen diese Gemenge in den späteren Entwicklungsstadien mehr Licht zum Unkraut durchließen. Die Gemenge erzielten höhere Gesamtbiomassen und Gesamtkornerträge als die Reinsaaten. Der mittlere Land-Äquivalenzkoeffizient (LER) aller Gemenge, berechnet anhand der Kornerträge, betrug 1,32. Der Index tatsächlicher Ertragsgewinn oder -verlust (AYL) gab einen mittleren tatsächlichen Ertragsgewinn der Gemenge von 73% im Vergleich zu den Reinsaaten an. Der Konkurrenzquotient (CR) wies den Weizen im Vergleich zur Wicke als konkurrenzstärker aus, sodass der Weizen für den höheren Gesamtertrag der Gemenge verantwortlich war. Es konnte gezeigt werden, dass die Saatwicke in Gemengen mit Sommerweizen erfolgreich angebaut werden kann. Wenn der Wicken­anteil im Gemenge nicht zu hoch ist, kann Unkraut durch Gemengeanbau effektiv unterdrückt werden. Bei hohen Wickenanteilen im Gemenge ist die Unkrautunterdrückung nicht ausreichend. Die Konkurrenz um Licht im frühen Entwicklungsstadium und um Stickstoff bestimmt das Unkrautwachstum in Gemengen aus Saatwicke mit Sommerweizen.Common vetch (Vicia sativa L.) can be an alternative grain legume to faba beans, peas, lupins and soy beans due to its high grain protein content. As it is uncommon for grain use, cropping systems need to be developed. Weed infestation is a major problem in grain legume cultivation. Therefore, intercropping systems for common vetch which ensure a low level of weed infestation need to be designed. Thus, weed suppression of common vetch in a replacement series with spring wheat was examined in Northern Germany in the year 2018. It was the aim to define which seed density ratios will achieve the highest weed suppression, total and common vetch yield. Three harvests of crop and weed biomass and a grain harvest at full maturity were carried out in a field experiment with four replications. Weed nitrogen content was examined. Transmission of photosynthetically active radiation to weed canopy level was measured during the season. Yield and weed suppression of intercrops were analysed by different indices, and factors contributing to weed suppression were discussed. With increasing wheat ratio, weed biomass in intercrops decreased and less nitrogen was taken up by weeds. Less photosynthetically active radiation was available to weed canopy level during juvenile development in intercrops with higher wheat ratios, whereas more radiation was available to weeds in these intercrops in later stages. Higher total biomass and grain yield was achieved in intercrops compared to sole crops. The mean land equivalent ratio (LER) of all intercrops calculated from grain yield was 1.32. The index actual yield loss or gain (AYL) specified a mean actual yield gain of intercrops of 73% compared to sole crops. The competitive ratio (CR) revealed that wheat was more competitive compared to vetch. Wheat was responsible for the extra yield of intercrops. It can be concluded that common vetch can be successfully grown in intercrops with spring wheat. Effective weed suppression due to intercropping was possible when the vetch ratio was moderate. With high vetch ratios sufficient weed suppression cannot be achieved. Crop-weed competition for nitrogen and for light in the early growth stages determined weed growth in vetch-wheat intercrops

The effect and dynamics of weed competition on maize in Germany and Benin

Four field experiments were carried out in maize at one location in Southern Germany (2009 and 2010) and at two locations in West Atacora, Benin (2010), to determine and compare the effect and dynamics of weed competition under two different environments. Further aims were to determine the critical period for weed control in Benin to provide recommendations to farmers on weed control strategies. Weeds were removed at different crop growth stages of the crop: Emergence, 4-, 8-, 10-leaf stage and flowering and maize plots were kept weed-free until harvest. In Benin, weeds were additionally removed until the aforementioned growth stages and then allowed to reemerge until harvest. Crop growth parameters and weed biomass were monitored over the whole growing season. Dry grain yield was recorded at harvest. Logistic and Gompertz equations were used to determine the critical period for weed control. The four main weeds in Germany were the dicotyledonous species Chenopodium album, Galium aparine, Stellaria media and Capsella bursa-pastoris. In Benin, the two grasses Setaria pumila and Bulbostylis hispidula and the two dicotyledonous weeds Stachytarpheta indica and Mitracarpus villosus prevailed. For all sites, the main weeds were primarily annual species. In Germany, grain yield levels without weed competition ranged from 8.5 to 10.3 t/ha; in Benin the average yield was considerably lower (3.4 t/ha). As expected, yield loss increased significantly with duration of weed competition and yield losses were highest in the control amounting to 49–86 % (Germany) and 38–58 % (Benin). For Benin, the results confirmed that weeds have to be controlled from about the 4-leaf stage until almost flowering to reduce yield loss below 20 %. As weed control is mainly done by hand, this is difficult to achieve due to the shortage of family labor and the high costs of hired labor. Keywords: Critical period for weed control, crop-weed interaction, Gompertz curve, logistic curve, non-linear regression, yield lossWirkung und Dynamik der Unkrautkonkurrenz auf Mais in Deutschland und BeninVier Feldversuche wurden an einem Standort in Süddeutschland (2009-2010) und an zwei Standorten in West Atacora, Benin (2010), durchgeführt, um den Effekt und die Dynamik der Unkrautkonkurrenz auf die Kulturpflanze Mais in zwei verschiedenen Umgebungen zu bestimmen und zu vergleichen. Weitere Ziele waren die Bestimmung des kritischen Zeitintervalls für die Unkrautbekämpfung in Mais im Benin um die Beratung der Landwirte im Benin zu verbessern. Die Unkräuter wurden von einem bestimmten Wachstumsstadium der Kulturpflanze an entfernt: Auflauf, 4-, 8-, 10-Blattstadium und Blüte und die Parzellen wurden dann bis zur Ernte unkrautfrei gehalten. Im Benin wurden zusätzlich die Unkräuter bis zu den entsprechenden Wachstumsstadien entfernt, danach wurden auflaufende Unkräuter bis zur Ernte nicht mehr entfernt. Wachstumsparameter der Kulturpflanzen und die Unkrautbiomasse wurden während der Vegetationszeit beobachtet. Der Kornertrag wurde bei der Ernte bestimmt. Logistische und Gompertz-Gleichungen wurden zur Bestimmung der zeitbezogenen Schadensschwelle verwendet. In Deutschland waren die vier dikotylen Leitunkräuter Chenopodium album, Galium aparine, Stellaria media und Capsella bursa-pastoris. Dagegen dominierten im Benin die zwei Ungräser Setaria pumila und Bulbostylis hispidula sowie die zweikeimblättrigen Unkräuter Stachytarpheta indica und Mitracarpus villosus. In allen Versuchen dominierten einjährige Unkräuter. In Deutschland lagen die Erträge ohne Unkrautkonkurrenz zwischen 8.5 t/ha (2010) und 10.3 t/ha (2009), im Benin lag der durchschnittliche Ertrag deutlich tiefer (3.4 t/ha). Wie erwartet, stieg der Ertragsverlust mit zunehmender Dauer der Unkrautkonkurrenz an. Er war in der Kontrolle am höchsten und lag zwischen 49-86 % in Deutschland und 38-58 % im Benin. Für Benin zeigen die Ergebnisse, dass Unkräuter etwa vom 4-Blatt-Stadium bis beinahe zur Blüte bekämpft werden müssen, um den Ertragsverlust unter 20 % zu halten. Da die Unkrautbekämpfung vor allem von Hand erfolgt, ist dies schwierig zu erreichen, da die Arbeitszeit der Familien begrenzt und die Lohnkosten für Arbeiter relativ hoch sind. Stichwörter: Ertragsverlust, Gompertz-Gleichung, logistische Gleichung, nicht lineare Regression, Unkraut-Kulturpflanzen-Interaktion, zeitbezogene Schadensschwell

Using bi-spectral imaging technology for simulated online-weed control in winter wheat and maize

In spring 2011, two field trials on site-specific weed control in winter wheat and maize were carried out at Ihinger Hof research station of the University of Hohenheim. For the image acquisition, bi-spectral cameras were mounted on a vehicle. These cameras are able to take images free from disturbances by soil, mulch and stones. Images and the corresponding GPS-data were stored on-the-go. Afterwards, the images were analyzed by a weed recognition software. Weed infestation was mapped in consideration of weed species and weeds grouped according to their herbicide sensitivity. In order to simulate an online herbicide application, a onesided moving average of order five was used for the weed mapping. This kind of rearward calculation uses only the data of weed infestation which were already assessed behind or directly in the current position of the vehicle. The calculated weed distribution maps were checked by visual grid sampling. Herbicide application maps were generated by applying weed thresholds on the weed distribution maps. The herbicide application based on the maps was conducted by a multiple sprayer which allows the application of up to three herbicides independently from each other in a single pass across the field. Later on, the performance of the herbicide application was controlled again by visual grid sampling. Compared to a uniform herbicide application, the sitespecific weed control saved 83 % and 58 % herbicides respectively in winter wheat and 66 % in maize. The average efficacy of the site-specific herbicide application system in winter wheat was 70 % of the conventional herbicide application. Keywords: Bi-spectral cameras, herbicide application, image analysis, site-specific, weed controlSimulation einer online Unkrautkontrolle in Winterweizen und Mais unter Verwendung von BispektralkamerasIm Frühjahr 2011 wurden auf der Versuchsstation Ihinger Hof der Universität Hohenheim Feldversuche zur teilschlagspezifischen online-Unkrautkontrolle in den Kulturen Winterweizen und Mais durchgeführt. Die Bildaufnahme für die Erfassung der Verunkrautung mit Hilfe von digitaler Bildverarbeitung erfolgte mit einem Kamerafahrzeug, auf welchem Bispektralkameras montiert waren. Die Verwendung dieser Kameras gewährleistet die Aufnahme von Bildern, die von Boden, Steinen und Mulch weitestgehend ungestört sind. Zusammen mit den Bildern wurden die korrespondierenden Geokoordinaten gespeichert. Nach der anschließenden Bildauswertung unter Verwendung digitaler Bildauswerteverfahren erfolgte eine Kartierung der ermittelten Verunkrautung nach Unkrautarten bzw. Unkräuter gruppiert gemäß der Herbizidempfindlichkeit. Für die Kartierung wurden einseitig gleitende Mittelwerte der fünften Ordnung berechnet. Die Bestimmung des Mittelwertes erfolgte jeweils mit den vier Messwerten die zeitlich gesehen hinter dem aktuellen Messwert lagen und dem aktuellen Messwert. Durch diese rückwärtsgewandte Mittelwertbildung wurde die online Bildverarbeitung simuliert. Zur Überprüfung der Plausibilität der berechneten Unkrautverteilungskarten wurden die aus einer visuellen Rasterbonitur stammenden Daten herangezogen.Unter Verwendung von Schadschwellen wurden die auf der Basis der Bildanalyse erstellten Unkrautverteilungskarten für die Berechnung von Applikationskarten benutzt. Die Umsetzung der Applikationskarten erfolgte mit einer Dreikammerspritze, welche eine simultane Applikation von bis zu drei Herbiziden unabhängig voneinander erlaubt. Eine Erfolgskontrolle der durchgeführten Herbizidapplikation erfolgte im zeitlichen Abstand wiederum anhand einer visuellen Rasterbonitur. Im Vergleich zur betriebsüblichen Variante wurde durch die teilschlagspezifische Herbizidapplikation im Winterweizen eine Herbizideinsparung von 83 % bzw. 58 % und im Mais von 66 % realisiert. Die durchschnittliche Wirksamkeit der teilschlagspezifischen Herbizidmaßnahme im Winterweizen betrug 70 % der betriebsüblichen Variante. Stichwörter: Bildverarbeitung, Bispektralkameras, Herbizidapplikation, teilschlagspezifisch, Unkrautkontroll

Optimizing precision agricultural operations by standardized cloud-based functions

Aim of study: An approach to integrate knowledge into the IT-infrastructure of precision agriculture (PA) is presented. The creation of operation relevant information is analyzed and explored to be processed by standardized web services and thereby to integrate external knowledge into PA. The target is to make knowledge integrable into any software solution. Area of study: The data sampling took place at the Heidfeld Hof Research Station in Stuttgart, Germany. Material and methods: This study follows the information science’s idea to separate the process from data sampling into the final actuation through four steps: data, information, knowledge, and wisdom. The process from the data acquisition, over a professional data treatment to the actual application is analyzed by methods modelled in the Unified Modelling Language (UML) for two use-cases. It was further applied for a low altitude sensor in a PA operation; a data sampling by UAV represents the starting point. Main results: For the implemented solution, the Web Processing Service (WPS) of the Open Geospatial Consortium (OGC) is proposed. This approach reflects the idea of a function as a service (FaaS), in order to develop a demand-driven and extensible solution for irregularly used functionalities. PA benefits, as on-farm processes are season oriented and a FaaS reflects the farm’s variable demands over time by origin and extends the concept to offer external know-how for the integration into specific processes. Research highlights: The standardized implementation of knowledge into PA software products helps to generate additional benefits for PA