Weed Management in Organic Farming in the New EU Member States and the Acceding Countries - Status Quo and Main Limitations

Under the EU Specific Support Action (SSA) Project CHANNEL (“Opening Channels of Communication between the Associated Candidate Countries and the EU in Ecological Farming”), a survey on the status quo in weed management was conducted in 15 new member and acceding EU states. The focus of the data collection was on three main aspects relevant for the understanding of the current situation, they are: i.) legal and administrative framework, ii.) status quo in practice and iii.) scientific basis. These aspects were covered by separate questionnaires, addressed to different authorities and target groups. The results of the weed management questionnaire for the target group “experts engaged in practical farming” are presented in this paper. The analysis allowed the identification of a small group of weeds as the main target species of organic weed management. Alien species were reported by almost all countries as an upcoming problem in organic farming. There was conformity among the different countries in regards to the choice of prevention tools, whereas an obvious lack of modern equipment available for practicing mechanical weed control was noted. Within the new EU member states and candidate countries, the economic constraints (lack of available machinery, lack of capital and high economic costs) were stated as the main limitations of weed management success. The economic costs of weed management in general, could not yet be covered by the market prices of organic products. Therefore, the economic pressure and the scope for improving weed management in practice are small. In most countries, the scientific sector (facilities, projects and advisory services) working on weed management issues in organic farming is relatively small. The lack of project funding in this area limits the research profoundly

The impact of the new energy crop sorghum on the weed flora

Sorghum is one of the most promising new options for the diversification of land use and for the replacement of maize in energy cropping systems. In on-farm experiments in three different regions of Germany (Thuringian Basin, East Brandenburg and the Lake District of Mecklenburg) between 2008 and 2010, we investigated if and how the cultivation of sorghum affects weed abundances and biodiversity aspects under real farming conditions. Energy maize was used as reference crop for the comparisons with sorghum. Special regard was given to test the hypothesis that differences in the weed flora between both crops can be explained by structural and temporal characteristics of the crop stands.In the field experiments, we found crop stands of sorghum and maize to have varying temporal (sowing time, growth dynamism) and structural traits (crop stands height and coverage). Hence, although sorghum shows a growth habit similar to that of maize, it is differing mainly in:i) the at least 3-4 week delayed sowing time, ii) a slow development during early growth stages,iii) a higher crop stand density and more intense shadowing at the end of the growing period.According to these particularities, we found sorghum to be very sensitive to early weed infestations. The height of early weed infestation level were in dependence of the weather conditions. The weed flora (species richness and species composition) in sorghum did not differ much from that of maize. Species composition was mainly affected by the modified sowing time. The weed species composition of the later sown sorghum differed mainly in the dominance of single weed species and the share of different ecological groups. Late summer or whole year germinating weed species like e.g. species of the Polygonaceae family may benefit specifically while Asteraceae species tend to be restricted.Keywords: Crop stand architecture, crop stand dynamism, fidelity index, general linear model, maizeEinfluss des Anbaus von Sorghumhirsen als Energiepflanzen auf die BeikrautfloraSorghumhirsen gelten als vielversprechende Alternative zur Diversifizierung des landwirtschaftlichen Anbaus und für den partiellen Ersatz von Mais im Energiepflanzenanbau. Die Konsequenzen, die sich aus dem Anbau von Sorghumhirsen für die Beikrautregulation und Biodiversitätsaspekte unter Praxisbedingungen ergeben, waren Gegenstand von dreijährigen Felduntersuchungen in drei, naturräumlich unterschiedlichen Regionen in Deutschland (Thüringer Becken, Ost-Brandenburg und Mecklenburger Seenplatte). Mais wurde für die Erhebungen als Referenzkultur genutzt. Für die Analyse der Kulturarteneffekte wurde von der Hypothese ausgegangen, dass die Unterschiede in der Beikrautflora beider Kulturarten durch zeitliche und strukturelle Merkmale der Kulturpflanzenbestände erklärt werden können.Im Ergebnis der unserer Felduntersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass zwischen den von Sorghumhirsen und Mais gebildeten Kulturpflanzenbeständen deutliche entwicklungsdynamische und strukturelle Unterschiede bestehen. Die Bestandesentwicklung von Sorghumhirsen unterscheidet sich vom Mais vor allem in folgenden Eigenschaften:i.) einer um mindestens 3-4 Wochen späteren Aussaat,ii.) einer langsameren Jugendentwicklung,iii.) einem dichteren Bestand und einer höheren Beschattung gegen Ende der Vegetationsperiode.Auf Grund dieser Besonderheiten zeigten sich Sorghumhirsen anfälliger für Frühverunkrautungen, deren Auftreten jedoch eine starke Witterungsabhängigkeit aufwies. Die Artenzahlen und Zusammensetzung der Beikräuter unterschieden sich zwischen Sorghumhirsen und Mais nicht wesentlich. Die Artenzusammensetzung variierte vor allen in Abhängigkeit vom Saattermin. Vor allem spät oder ganzjährig keimfähige Arten u.a. der Familie Polygonaceae können von der späten Aussaat profitieren, während z.B. Vertreter der Asteraceae abnehmende Tendenzen zeigten.Stichwörter: Allgemeines lineares Modell, Bestandesarchitektur, Bestandesdynamik, Mais, Treueinde

Einflüsse des Energiepflanzenanbaus auf die Biodiversität in Kulturlandschaften

Die häufig praktizierte Fokussierung auf naturschutzfachliche Indikatoren bei der Bewertung von Landnutzungssystemen, wie z. B. Rote-Liste-Arten, das Vorkommen gefährdeter Arten oder auch den „high nature value farmland“ Indikator (HNV), ist einseitig, weil diese Indikatoren zumeist nur auf extensive Landnutzungen bzw. deren Verteilung zutreffen. Die Auswirkungen der normalen aktuellen Landnutzung bleiben in diesem Falle unberücksichtigt. Aktuelle Entwicklungen in der Landnutzung, z. B. die fortschreitende Vereinfachung der Fruchtfolgen bzw. Fruchtartendiversität, die Auswirkungen des Energiepflanzenanbaus oder Änderungen im Düngeregime, können mit diesen Indikatoren nicht abgebildet werden und den dadurch verursachten Veränderungen in der Biodiversität kann nicht entsprechend gegengesteuert werden. Anhand von aktuellen Forschungsergebnissen wird die Verwendung der Indikatoren „Struktur- und Ressourcenangebot“ und „Agro-Biodiversität“ für die agrarische Landnutzung empfohlen. Diese Indikatoren sind nicht nur für die fachgerechte Beurteilung von „ökologischen Vorrangflächen“ in Agrarlandschaften und der Rolle der Fruchtfolgegestaltung bzw. Fruchtartenwahl für die Habitatnutzung der Ackerflächen durch wildlebende Arten geeignet. Sie bieten gleichzeitig zahlreiche Anknüpfungspunkte für eine biodiversitätsfreundliche Anpassung moderner Landnutzungsverfahren

Effects of factor reduction in energy crop rotations on weed flora

Opportunities for reductions of fertilization and weed control efforts in energy cropping are frequently posed and contrarily discussed. Beside effects on biomass yields weed flora, increments and increased weed control requirements in subsequent years are in the focus of the discussion. As part of the research project “Siteadapted Cropping Systems for Energy Crops” (EVA), the effects of factor reductions have been analysed in a crop rotation context. The trial consisted of three different crop rotations with three levels of factor reduction: 1 - no reduction, 2 - reduced nitrogen application by 30 kg/ha per crop, 3 - reduced nitrogen application and no weed management. The whole trial was replicated with one year time difference. In order to show effects of input reduction on subsequently grown cash crops, the last crop in the rotation was winter wheat for grain production in which no input reduction was performed over all plots. The field trial has been investigated regarding the effects of: Levels of fertilization and weed control, crop rotation, crop species and year of investigation on weed cover and species composition as target variables.The results suggest that the reduction of weed control efforts showed the main effect on the weed flora. Energy crops, like maize and sorghum, seemed to be highly sensitive to reduced weed control especially during early development stages; they showed the greatest differences between the factor levels. The reduction in fertilization resulted in no or only slight differences in the weed flora. Despite strong effects in single years and crops, there were no or only little cumulative effects observed in the final crop of the crop rotations (winter wheat). Among the differences in weed species composition, the crop species explained the largest part of variance. Keywords: Crop species, nitrogen fertilization, species composition, weeds, weed coverEinfluss der Faktorreduktion in Energiefruchtfolgen auf die BeikrautfloraOptionen für eine Reduktion der Intensität von Düngung und Beikrautmanagement werden insbesondere vor dem Hintergrund einer energetischen Verwertung der Biomasse häufig und auch konträr diskutiert. Neben den Effekten auf die Biomasseerträge der Kulturen wird häufig die Zunahme der Beikrautflora mit ihren potenziellen Folgewirkungen in nachfolgenden Marktfrüchten thematisiert. Im Rahmen des Verbundprojektes „Standortangepasste Anbausysteme für Energiepflanzen (EVA)“ wurden die Effekte der Faktorreduktion im Kontext verschiedener Fruchtfolgen experimentell untersucht. Im hierzu am Standort Ascha durchgeführten Feldversuch wurden drei Stufen der Faktorreduktion in drei verschiedenen Fruchtfolgen analysiert: 1 - ohne Reduktion, 2 – eine um 30 kg/ha je Fruchtart reduzierte Stickstoffdüngung; 3 – reduzierte Stickstoffdüngung und keine Beikrautkontrolle. Der Versuch wurde im Folgejahr des Startjahres als Ganzes wiederholt. Als Abschlussfrucht für alle vierjährigen Fruchtfolgen wurde einheitlich Winterweizen für die Kornnutzung ohne Faktorenreduktion angebaut, um sowohl die kumulativen Fruchtfolgeeffekte als auch die Effekte in nachfolgenden Marktfrüchten darstellen zu können. Hinsichtlich der Zielgrößen Stärke und Zusammensetzung der Beikrautflora wurden folgende Faktoren analysiert: Reduktion der Düngung und des Herbizideinsatzes, Fruchtarten- und Fruchtfolgeeffekte und Jahreseffekte. Die Ergebnisse zeigen, dass der Verzicht auf die chemische Beikrautregulation die stärksten Effekte auf den Beikrautbesatz verursacht. Insbesondere Mais und Hirsen reagieren empfindlich auf eine extensive Bestandesführung. Beide Pflanzen wiesen die höchsten Unterschiede zwischen den Faktorenstufen auf. Demgegenüber verursachte die Reduktion der Stickstoffdüngung nur geringe oder keine Veränderungen in der Beikrautflora. Trotz gravierender Unterschiede in den Einzeljahren konnten keine kumulativen und Fruchtfolgeeffekte in der Abschlussfrucht Winterweizen festgestellt werden. Die Art der angebauten Fruchtart hatte den stärksten Einfluss auf die Zusammensetzung der Beikrautflora.Stichwörter: Artenzusammensetzung, Beikräuter, Fruchtarten, Herbizid, Stickstoffdüngun

Beitrag neuer Energiepflanzen für die Diversifizierung der Beikrautflora in Energieanbausystemen

Trotz verschiedener Optionen für die Diversifizierung des landwirtschaftlichen Anbaus durch die energetische Nutzung von Biomasse, z. B. durch die Einführung neuer Kulturpflanzen, herrscht in Deutschland eine einseitige Orientierung auf die Verwendung von Silomais als Biogassubstrat vor. Eine mögliche Ursache dafür, dass die bestehenden Neuerungen bislang nur geringen Eingang in die praktische Anwendung gefunden haben, kann in bestehenden Unsicherheiten bei den Landwirten hinsichtlich der ackerbaulichen Praktikabilität und den ökonomischen sowie ökologischen Effekten vermutet werden. Im Rahmen der Forschungsprojekte “Entwicklung und Vergleich standortangepasster Anbausysteme (EVA)” und “Upscaling der FuE-Ergebnisse zu neuen Kulturen und deren Implementierung (Upscaling)” wurden die möglichen Beiträge von drei neuen Energiepflanzen unter Praxisbedingungen in zwei klimatisch und naturräumlich unterschiedlichen Regionen Ostdeutschlands untersucht. Die großflächigen Feldversuche in Streifenanlage beinhalteten den Vergleich der folgenden Energiepflanzen: 0- Mais als Referenzkultur, 1- Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum), 2-Szarvasigras (Agropyron elongatum), 3- mehrjähriges Wildpflanzengemenge.Die hier dargestellten Untersuchungen bezogen sich auf die nachfolgenden Effekte: α-Diversität auf der Plotebene, Beiträge der einzelnen Kulturen zur β-Diversität zwischen den Kulturarten und den Vergleich der Artenzusammensetzung. Die erzielten Ergebnisse legen nahe, dass durch die Integration neuartiger mehrjähriger Energiepflanzen eine deutliche Anhebung der regionalen Beikrautdiversität erzielt werden kann. Die Artendiversität auf der Plotebene war in allen neuen Energiekulturen um den Faktor 2-4 erhöht. Die neuen Energiepflanzen wiesen dabei deutlich unterschiedliche Artengemeinschaften auf als der Silomais und förderten das Auftreten von Arten, die in Silomais nicht vorkommen. Bei den neuen Energiepflanzen zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen dem mehrjährigen Szarvasigras und den mehrjährigen dikotylen Energiepflanzen Durchwachsene Silphie und Wildpflanzengemenge.The impact of new energy crops on weed flora diversification in energy cropping systemsDespite various options in energy cropping for the diversification of agricultural land use, such as the introduction of new crops, in practice, there is a one-sided orientation toward the use of maize as biogas feedstock in Germany. One reason, why they are not yet introduced in practice, is that for most of them neither the agricultural feasibility nor their ecological and economic benefit could be clearly shown to the farmers up to now. As part of the research projects “Site-adapted Cropping Systems for Energy Crops” (EVA), and “Optimized energy cropping systems for the sustainable biogas production (Upscaling)” the effects of three new energy crops have been tested under real farm conditions in two different regions in the northern part of Germany. The large scale field trial consisted of the comparison of the following energy crops: 0- maize as reference crop, 1- perennial Silphie (Silphium perfoliatum), 2- Szarvasi grass (Agropyron elongatum), and 3-perennial wild flower mixture. The trail has been investigated regarding the following effects: α-diversity at the plot scale, contribution to the β-diversity among the crops and species composition. The results suggest that the integration of the new perennial energy crop might contribute to an essential weed diversity enhancement. Weed flora diversity was between 2-4 times higher in most of the cases in the new energy crops compared to maize

Suitability of a perennial biogas flower mixture for cropping on sandy soils in Brandenburg

Mehrjährige Blühmischungen für die Biogasproduktion könnten durch ihre breite Standortanpassung auch in ertragsschwachen Regionen eine Alternative zum Maisanbau sein, wenn sie durch wüchsige Arten hohe Erträge liefern und nebenbei die Biodiversität fördern. Um die Anbaueignung einer Wildpflanzenmischung auf sandigem Boden hinsichtlich der Entwicklung des Artenreichtums der ausgesäten Wildarten über eine dreijährige Nutzungsdauer zu prüfen, wurden im Frühjahr 2015 an zwei Standorten in Brandenburg Feldversuche mit der Wildpflanzenmischung „BG 70“ angelegt. Die Mischung ist mehrjährig, enthält 23 Arten und wurde speziell für die Biogasproduktion entwickelt. Von 2015 bis 2017 wurden jedes Jahr Parzellen mit der Wildpflanzenmischung angesät. Die gewachsene Vegetation wurde in mehreren Erhebungsterminen artspezifisch gezählt. Eine sinkende Biodiversität der Wildarten über die Standjahre wurde festgestellt. Ab dem zweiten Standjahr dominierten die perennierenden Arten Centaurea nigra und Artemisia vulgaris aus der Blühmischung. Die Individuenzahlen der Wildarten war zu Beginn des ersten Standjahr gering und sank weiter. Überraschenderweise sank auch die Unkrautdichte über die Jahre. In den Spätsommermonaten (August und September) komplementieren die Wildarten das Nahrungsangebot für Tiere zu der natürlichen gewachsenen Vegetation.Due to their broad site adaptation perennial wildflower mixtures for biogas production could be an alternative to maize cropping. If they provide high biomass yield from vital growing species and promote biodiversity even in low yielding regions. Field trails were established in order to test the ability of a perennial flower mixture on sandy soils to promote species rich vegetation. The wild flower mixture “BG 70” was sown at two sites in Brandenburg. This mixture contains 23 species and was especially developed for biogas production. From 2015 until 2017, new plots were sown with the mixture every year. Wild flowers and weed species were counted at several dates. The diversity of the wild flower mixtures decreased over the years. In the second year after sowing, the perennial wild flower species Centaurea nigra and Artemisia vulgaris dominated. The number of individual wild flower plants was low at the beginning and declined further. Surprisingly, the weed density also dropped enormously over the years. In the late summer months (August and September) the wild species complement the food supply for animals to the natural grown vegetation

Impact of energy crop rotation design on multiple aspects of resource efficiency

Biogas production can cause environmental problems due to a biased alignment of one energy crop used as a feedstock, e.g., maize in Germany. Diversification of crop rotations and resource-efficient management can be the key to sustainable crop management. Four crop rotations on eight sites across Germany were evaluated in terms of their resource efficiency (area use, energy, and economic efficiency) to derive options. Analysis revealed high variation in all indicators under review, with a high variance explanation by the interaction between crop rotation and regional characteristics. Furthermore, results indicate that high area-specific methane yields do not equate to high energy efficiency. Crop management adaptation is a useful tool for optimizing resource efficiency

Einfluss von Temperatur und Nutzung auf die floristische Artenvielfalt in Getreideanbaugebieten Europas

Die Segetalflora der Getreideanbaugebiete Europas bildet auf Grund der landwirtschaftlichen Kulturgeschichte sowie der Größe der Anbaufläche einen wichtigen Bestandteil der Biodiversität. Um den Einfluss der Klimabedingungen in Verbindung mit bestehenden Nutzungsformen auf die Artenvielfalt der Segetalflora in den Getreideanbaugebieten zu prüfen, wurden Modellrechnungen basierend auf mehrjährigen Felduntersuchungen und europaweiten Klimadaten durchgeführt. Die verwendeten Modelleingangsdaten basieren auf mehrjährigen Felduntersuchungen zur Artenvielfalt der Segetalflora in Getreideanbaugebieten mit 3,5 °C bis 16,4 °C Jahresmittel der Lufttemperaturen. Die ermittelte räumliche Verteilung der Artenvielfalt zeigt europaweit große Unterschiede. Höchste Artenzahlen, die Hot-spots der Segetalflora, befinden sich in den mediterranen Getreideanbaugebieten mit bis über 410 Arten je berechneter Gitterbox von 25 km x 25 km. In ausschließlich intensiv, mit Herbizideinsatz bewirtschafteten Getreideanbaugebieten reduziert sich die floristische Artenvielfalt etwa um den Faktor 3 in den mediterranen und um 1,5 bis 2 in den gemäßigten bis kühlen Klimagebieten.Für die Sicherung der Biodiversität in Ackerbaugebieten sind aus floristischer Sicht größere Flächenanteile mit extensiven Nutzungen ohne Einsatz von Herbiziden sowie selbstbegrünte, ein- bis zweijährige Ackerbrachen erforderlich. Dadurch könnte einer durch intensive Nutzungen starken Verarmung sowie Uniformierung der Artenvielfalt in den Ackerbaugebieten Europas entgegen gewirkt werden.Stichwörter: Europa, Klima, Temperaturen, Segetalflora, Getreideanbau, Nutzungsintensitäten, räumliche Verteilung ArtenvielfaltEffects of temperature and land use on the floristic species diversity in grain field areas of EuropeSummaryThe weeds (segetalflora) in European grain-growing regions is due to the agricultural and cultural history and due to the size of the cultivated area an important component of biodiversity. Model calculations were preformed to investigate the influence of climatie conditons in conjunction with different of agricultural uses on the biodiversity of the segetalflora. As input data the model uses datasets on European climate and from field studies. These are based on several years of field studies on the biodiversity of segetalflora in grainproducing regions within a mean annual air temperature range from 3.5 °C to 16.4 °C.The calculated spatial distribution of biodiversity in Europe shows great variation. The highest number of species, considered as hot-spots of segetalflora are located in the Mediterranean grain-growing regions with over 410 species for each calculated grid (25*25km). In intensively used grain-growing regions with herbicide applications the floristic diversity is reduced by a factor of 3 in the Mediterranean and by 1.5 to 2 in temperate to cool climates.From floristic point of view large extensively used fields without herbicide applications and self greened 1-2 year old fallow fields are necessary/suitable to protect the biodiversity in agricultural areas. The implementation of such structures could counteract impoverishment and uniformity of biodiversity in intensively used agricultural areas in Europe.Keywords: Europe, climate, temperatures, weeds, segetalflora, grain field areas, land use intensity, spatial distribution of species diversit

The secret life of wild animals revealed by accelerometer data: how landscape diversity and seasonality influence the behavioural types of European hares

Context Landscape composition and configuration, as well as seasonal landscape dynamics shape the behaviour, movement and energy expenditure of animals, i.e. foraging, hiding or fleeing, and ultimately survival. Especially in highly modified agricultural systems, it is crucial to understand how animal behaviour is influenced by landscape context to develop sustainable land management concepts. Objectives We show how landscape composition and configuration, together with seasonal dynamics affect animal behavioural types, accounting for the different life-history events in both sexes. Methods We investigated 34 European hares in two contrasting agricultural landscapes (a simple and a complex landscape) by using tri-axial accelerometer data to classify the animals’ behaviour into five categories: resting, foraging, moving, grooming and standing upright (i.e. vigilance behaviour). We tested whether the amount of behaviours per category changed with landscape composition and configuration, season and sex. Results During peak breeding, hares in areas of high habitat diversity rested more, moved less and spent less time searching for resources. During winter, hares moved more and rested less. Females rested less and foraged more in areas with large agricultural fields. Conclusions A complex landscape is particularly important during the breeding season, allowing animals to allocate enough energy into reproduction. In winter, hares in areas of low habitat diversity may not find enough thermal and anti-predator shelter to move as much as they would need to meet their requirements. Hence, high habitat diversity and small field sizes guarantee species persistence in human-altered agricultural areas throughout the year

Arable Weeds and Management in Europe

“Arable Weeds and Management in Europe” is a collection of weed vegetation records from arable fields in Europe, initiated within the Working Group Weeds and Biodiversity of the European Weed Research Society (EWRS). Vegetation-plot data from this scientific community was not previously contributed to databases. We aim to prove the usefulness of collection for large scale studies through some first analyses. We hope to assure other weed scientists who have signalled willingness to share data, and plan to construct a full data base, making the data available for easy sharing. Presently, the collection has over 60,000 records, taken between 1996 and 2015. Many more studies for potential inclusion exist. Data originate mostly from studies exploring the effect of agricultural management on weed vegetation. The database is accompanied with extensive meta-data on crop and weed management on the surveyed fields. The criteria for inclusion were a minimum amount of information on the cultivated crop, and a georeference. Most fields were surveyed repeatedly, i.e. transects, multiple random plots, or repeated visits. All surveys aimed to record the complete vegetation on the plots. Sometimes, taxa were identified only to genus level, due to survey dates very early in the vegetation period. Plant taxonomy is standardized to the Euro+Med PlantBase