Economic valuation of site-specific herbicide applications

Verglichen mit der schlageinheitlichen Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln kann die teilflächenspezifische Applikation im Precision Farming dazu beitragen, Pflanzenschutzmittel zu reduzieren und eine umweltschonendere Agrarproduktion zu ermöglichen. Erstmalig werden im Rahmen des BMEL-Förderprogramms „Innovative Vorhaben für einen nachhaltigen Pflanzenschutz“ in dem Verbundvorhaben „AssSys“ teilflächenspezifische Pflanzenschutzmaßnahmen mit Hilfe eines Mehrkammersystems mit Direkteinspeisung systematisch untersucht und ökonomisch bewertet. Ziel des Projektes ist die präzise Unterstützung des Landwirtes bei der Durchführung von Pflanzenschutzmaßnahmen und eine potentielle Reduktion der Kosten von Pflanzenschutzmaßnahmen mit Hilfe eines zu entwickelnden Assistenzsystems. Das ökonomische Teilprojekt unterstützt dabei die Entwicklung eines Pflanzenschutzkosten-Webservices (PS-Kosten-Webservice) und eines Benchmarking-Webservices, die eine wichtige Grundlage für das Assistenzsystem bilden. Ziel des ökonomischen Teilprojektes ist die Gesamtbewertung des Mehrkammer- und des Assistenzsystems. Mit Hilfe des PS-Kosten-Webservices kann z. B. vor der geplanten Behandlung abschätzt werden, wie hoch potentielle Pflanzenschutzmittelkosten, Arbeitserledigungskosten der Pflanzenschutzmaßnahme oder Boniturkosten einer teilflächenspezifischen oder schlageinheitlichen Behandlung sind. Der Benchmarking-Webservice dient dem betriebsinternen Vergleich zur Selbsteinschätzung des Landwirtes oder zur Optimierung der eigenen Pflanzenschutzmaßnahmen durch einen Vergleich mit anderen Betrieben. Als Berechnungsgrundlage für das vorliegende Papier dienen Feldversuche des Jahres 2018. Ergänzend werden Applikations-Szenarien vorgestellt, die sich auf einen Modellbetrieb beziehen.Compared to conventional applications, site-specific applications of plant protection products can reduce the amount of pesticides and contribute to sustainable agriculture. Within the project “AssSys”, financed by the Federal Ministry of Food and Agriculture as part of the financial program “innovations for sustainable agriculture”, site-specific applications of plant protection products with a multi chamber system and direct injection are systematically investigated and economically evaluated. The project aims to support farmers to implement (site-specific) plant protection measures and potentially reduce their costs using a farm management system being developed during the project period. The economic part of the project contributes to the plant protection cost webservice and benchmarking webservice, which are an important basis for the application assistant. The goal of the economic subproject is the economic valuation of the multi chamber system and application assistant. The webservices support farmers to estimate the cost of plant protection products, working or monitoring costs for the site-specific areas in the planning stage. The benchmarking webservice serves for comparison within the farm or for optimization of plant protection measures through comparison with other farms. Calculations presented in this paper are based on field experiments from 2018. Application scenarios referring to a model farm serve as additional information source

Costs and benefits of preventive strategies to reduce pesticide use: Case studies on Integrated Pest Management in German arable farming

Plant pests, diseases and weeds threaten agricultural crops and require control methods. However, the largely used pesticides are associated with undesirable effects on environment and health. To reduce pesticide use, Integrated Pest Management (IPM) offers a comprehensive toolbox. The two selected IPM strategies (1) wide crop rotation and (2) cultivation of pathogen resistant cultivars were analysed economically based on two different field trials. Crop rotation (long-term field trial at Dahnsdorf, Brandenburg, Germany, with a sixunit crop rotation) and pesticide reduction by 25% and 50% resulted in no decline in gross margins and thus profitability in silo maize, wheat (E- and A-quality), barley and rye. However, a 25% and 50% reduction in pesticides led to a decline in gross margins by -6.3% (-331 € ha-1) and -8.3% (-437 € ha-1) in potatoes. The use of pathogen resistant wheat cultivars and IPM based fungicide application (tested at five field sites across Germany) resulted in reduced fungicide applications and higher gross margins compared to the “non-IPM” strategy by about +45 to 70 € ha-1. Based on these findings, we conclude that preventive IPM strategies have a good potential to reduce pesticide use and are also economically viable for farmers

Key performance indicators and economic assessment of site-specific pesticide applications with direct injection and application assistance system

Teilflächenspezifische Applikationen von Pflanzenschutz­mitteln haben im Vergleich zu flächeneinheitlichen ein hohes Potenzial, die redu­zierte Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln zu fördern. Im Rahmen des Forschungsprojektes „AssSys“ wurden erstmals teilflächenspezifische Pflanzenschutzmaßnahmen mit Direkteinspeisung und einem automatisierten Applikations-Assistenzsystem für Herbizid- und Fungizidmaßnahmen ökonomisch bewertet. Die ökonomische Bewertung basiert auf Feldversuchen und einer Szenarioanalyse. Die Feldversuche wurden in den Jahren 2018 und 2019 in Norddeutschland durchgeführt. Als wichtigste Kennzahl auf Betriebsebene wurde die direkt- und arbeitserledigungskostenfreie Leistung (DAL) herangezogen. In der Szenarioanalyse wurden zwei teilflächenspezifische Anwen­dungsszenarien mit einer flä­chen­einheitlichen Behandlung verglichen, bezogen auf einen Modellbetrieb. Die Unkrautbonituren wurden als (1) Standardverfahren gemäß dem integrierten Pflanzenschutz, (2) kamera­basiert und (3) drohnenbasiert in den Feldversuchen durchgeführt. Das Assistenzsystem zielt darauf ab, Landwirte bei der Entscheidungsfindung und praktischen Umsetzung von teilflächenspezifischen Pflanzenschutzapplikationen in der Planungsphase oder einer Ex-post-Bewertung zu unterstützen. Für die automatisierte betriebswirtschaftliche Bewertung von teil­flächen­spezifischen Pflanzenschutzmittelapplikationen wurden mehrere Kennzahlen identifiziert und innerhalb eines Pflanzenschutzkosten- und Benchmark-Webservices im Assistenzsystem implementiert. Die Applikationskosten enthalten neben den Pflanzenschutzmitteln auch die Lohn- und Maschinenkosten für Bonituren und die Ausbringung. Investitionskosten für die notwendige technische Ausstattung zur teilflächenspezifischen Applikation wurden berücksichtigt. Die ökonomische Szenarioana­lyse ergab durchschnittliche Kosteneinsparungen bei Pflanzenschutzmitteln, Lohn- und Maschinenkosten von 26 % bis 66 % für teilflächenspezifischen Applikationen im Vergleich zur flächeneinheitlichen. Die durchschnittliche DAL für teilflächenspezifische Applikationen von 787 € ha–1 im Vergleich zu 631 € ha–1 bei flächeneinheitlichen zeigt einen klaren betriebswirtschaftlichen Vorteil der teilflächenspezifischen Szenarien. Die teilflächenspezifische Applikation von Pflanzenschutzmitteln kann Landwirte bei der Umsetzung eines präzisen, nachhal­tigen und wirtschaftlichen Pflanzenschutz-Managements unterstützen und dazu beitragen, die Ziele des neuen euro­päischen Green Deals zur Reduzierung der Pflanzenschutzmittelanwendungen und deren Risiken zu erreichen.Site-specific pesticide applications have a high potential to promote reductions in pesticides compared to conventional pesticide applications. Within the research project ‘AssSys’, site-specific pesticide applications with a direct injection sprayer system and an automatic application assistant were evaluated economically with respect to herbicide and fungicide applications. The economic assessment was based on field trials and scenario analysis. The field trials were conducted in 2018 and 2019 in the North of Germany. As key performance indicator at farm level, extended gross margins were calculated. In the scenario analysis, two site-specific application scenarios were compared to conventional uniform treatment, referring to a model farm. Weed monitoring was conducted as (1) standard procedure according to integrated pest management, (2) camera-based and (3) drone-based in the field trials. The application assistant aims to support farmers in decision-making and practical implementation of site-specific pesticide applications either in the planning stage or as ex-post assessment. For the economic assessment of site-specific pesticide applications, several key performance indicators were identified and implemented in the plant protection cost-webservice and benchmark-webservice within the application assistant. Pesticide application costs include plant protection products as well as labour and machine costs of monitoring and pesticide appli­cations. Investment costs of the necessary technical equipment for site-specific applications were considered. The economic scenario-analysis showed average pesticide cost savings (plant protection products, labour and machine costs) from 26 % to 66 % for site-specific applications compared to conventional applications. The average extended gross margin for site-specific applications of 787 € ha–1 compared to 631 € ha–1 for conventional (uniform) application indicates a clear economic advantage of the site-specific application scenarios. Site-specific pesticide applications can support farmers in implementing precise, sustainable and also economic pesticide management and may thus contribute to meet the goals of the new European Green Deal to reduce pesticide use and risks of pesticides

Web service design of an automated assistance system for site-specific application of pesticides with financial and environmental risk perspectives

In dem Projekt „Assistenzsystem zur teilflächenspezifischen Applikation von Pflanzenschutzmitteln“ (AssSys) wird ein System für die teilflächenspezifische Applikation von Pflanzenschutzmitteln entwickelt. Es wird der Fragestellung nachgegangen, inwieweit sich Pflanzenschutzmittel einsparen lassen, wie diese umweltschonender ausgebracht werden können und wie wirtschaftlich eine teilflächenspezifische Behandlung ist. Das Herzstück von AssSys ist der Applikationskartenservice, welcher über das Internet mit zahlreichen Webservices verbunden ist. Die Webservices sind so konzipiert, das offene, gängige Standards zum Einsatz kommen, wie z. B. die Datenaustauschformate ISOXML und GeoJSON. Erste Applikationskarten konnten bereits erzeugt und auf das Terminal im Schlepper übertragen werden.In the project "Assistance system for site-specific application of plant protection products (AssSys)”, a system for site-specific application of plant protection products is being developed. The questions of interest are to what extent the amount of pesticides applied can be reduced, how the applications can be made more eco-friendly and how economical a site-specific treatment is. The heart of AssSys is the application map service, which is linked to numerous web services via the Internet. The web services are designed with commonly used, open-standard formats such as the data exchange formats ISOXML and GeoJSON

Crop rotation versus monoculture: Economic analysis of long-term (18 years) field trials in rye

Eine vielfältige Fruchtfolge mit Leguminosen kann durch deren positive Vorfruchtwirkung wirtschaftliche Vorteile für die Landwirtschaft bringen. Meist berücksichtigen betriebs­wirtschaftliche Bewertungen aber nur Einzelkulturen. Im vorliegenden Beitrag wird eine betriebswirtschaftliche Bewertung der gesamten Fruchtfolge anhand der direkt- und arbeitserledigungskostenfreie Leistung (DAL) sowie deren Nettobarwert und Annuität vorgestellt, die auf drei Rotationen über einen Zeitraum von 18 Jahren basiert. Dazu wurde ein Dauerfeldversuch zur Folgenabschätzung von Fruchtfolge, Düngung und Pflanzenschutz am JKI-Versuchsstandort Dahnsdorf betriebswirtschaftlich ausgewertet. Verglichen wurden eine sechs­gliedrige Fruchtfolge mit Gerste und Roggen, aufgelockert durch Erbse und Weißklee mit dem Daueranbau von Roggen.Ertragseffekte der nach Leguminosen folgenden Früchte Gerste und Roggen hatten neben der Verwendung von Klee (Gründüngung) dabei den entscheidenden Einfluss. Die Kosten in den untersuchten Pflanzenschutz- und Düngungsvarianten blieben über die Jahre weitgehend konstant. In der Fruchtfolge war der Roggenanbau nach Erbse in allen Varianten betriebswirtschaftlich am vorteilhaftesten. Der Vergleich des Daueranbaus von Roggen mit der abwechslungsreichen Fruchtfolge zeigte aber andererseits, dass bei entsprechenden Dünge- und Pflanzenschutzmaßnahmen der Daueranbau sogar erfolgreicher war.Vor dem Hintergrund zunehmender gesellschaftlicher und politischer Forderungen nach einer Verringerung der Anwendung von Pflanzenschutz- und Düngemitteln sollten zukünftige Handlungsempfehlungen zu Ackerbau­strategien berücksichtigen, dass erweiterte Fruchtfolgen mit Leguminosen helfen können, die Wirtschaftlichkeit des Ackerbaus langfristig zu sichern. Der betriebswirtschaftliche Vorteil der Fruchtfolgen nahm über die Jahre und Rotationen deutlich zu.A diverse crop rotation with legumes may provide economic advantages for agriculture due to their positive pre-crop effects. In most cases, economic evaluations only take single main crops into account. Here, an economic evaluation of the entire crop rotation is presented, which was based on three rotations over a period of 18 years. We assessed a long-term field trial on impact assessment of crop rotation, fertilization and plant protection performed at JKI-field site in Dahnsdorf economically based on the direct and labor cost-free revenues as well as net present values and annuities. Permanent rye cultivation and a crop rotation with six components including barley and rye, diversified with pea and white clover were compared.Yield increases of barley and rye following legumes had decisive influence on the economic result as well as the use opportunity of clover (green manure). Costs of plant protection and fertilization remained almost the same over the years. The cultivation of rye after peas in crop rotation was economically most advantageous in all tested variants. The comparison of the long-term cultivation of rye with the varied crop rotation showed, how­ever, that with appropriate fertilizer and crop protection measures, the long-term cultivation was even more successful.With respect to societal and political demands for reduc­ing pesticide and fertilizer use, future recommendations for farming strategies should take into account the economic viability of extended crop rotations with legumes. The economic advantage of crop rotations significantly increased over the years and rotations

Assistance system for the site-specific use of herbicides

Die teilflächenspezifische Applikation von Herbiziden zur Unkrautbekämpfung ist ein Ansatz, mit dem eine Reduktion und Spezifikation angewendeter Pflanzenschutzmittel und somit eine umweltschonendere und nachhaltigere Agrarproduktion möglich wird. Im Rahmen des BLE-Projektes "Entwicklung und Praxistest eines Direkteinspeisungssystems ohne Verzögerungszeiten zur Teilflächenapplikation von Pflanzenschutzmitteln" konnte erstmals eine technisch ausgereifte Direkteinspeisungsfeldspritze genutzt werden, mit dieser die bislang bekannten Probleme der Direkteinspeisung gelöst wurden. Um mit dieser Technik jedoch eine tatsächliche Teilflächenapplikation unter Praxisbedingungen umzusetzen, bedarf es der zusätzlichen Entwicklung einer Systemumgebung, welche eine Vielzahl von satelliten-, sensor- und geodatengestützten Informationen über Schnittstellen integrieren kann und mit dessen Hilfe Teilflächen innerhalb der gesamten Applikationsfläche für unterschiedliche Applikationsmaßnahmen identifiziert und näher charakterisiert werden können. Zielsetzung ist die Entwicklung eines Assistenzsystems basierend auf der Direkteinspeisung zur orts- und zeitabhängigen teilflächenspezifischen Applikation von Pflanzenschutzmitteln. Erste Ergebnisse zeigen eine wirtschaftliche Kosteneinsparung und eine umweltschonendere Herbizideinsatz durch teilflächenspezifische Applikation.The site-specific application of herbicides for weed control is an approach that enables the reduction and specification of pesticides and thus a more environmentally friendly and sustainable agricultural production. Within the scope of the BLE project "Development and practical test of a direct feed system without delay times for partial area application of crop protection agents", a technically mature direct feed field sprayer could be used for the first time, which solved the previously known problems of direct injection. However, in order to implement an actual partial area application under practical conditions with this technology, it is necessary to additionally develop a system environment which can integrate a large number of satellite-, sensor- and geodata-supported information via interfaces and with the help of which partial areas within the entire application area can be identified and characterised in more detail for different application measures. The aim is to develop an assistance system based on direct feeding for the location- and time-dependent sub-area-specific application of pesticides

Präferenzen für ökosystemare Versicherungsdienstleistungen der Waldbiodiversität um den Nationalpark Hainich (Thüringen)

Den ökonomischen Wert von Biodiversität, Ökosystemen und ökosystemaren Dienstleistungen abzuschätzen, stellt eine Herausforderung dar. Insbesondere dann, wenn Biodiversität und funktionierende Ökosysteme als ökologische Versicherung für die Gesellschaft und das menschliche Wohlergehen betrachtet werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Wahrnehmung und Wertschätzung der Gesellschaft für die durch die Biodiversität und funktionierende Ökosysteme bereitgestellte ökologische Versicherung im Sinne eines Risikoschutzes untersucht. Neben mehr oder weniger bekannten Risiken wie invasiven Arten, Schädlingen, Krankheiten und Sturmrisiken, existieren auch weniger bekannte Risiken wie z.B. Risiken die mit den Auswirkungen des Klimawandels zusammenhängen. Auch mit ganz neuen oder unbekannten Risiken ist zu rechnen. Für diese nach dem Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen klassifizierten Pythia- und Pandora Risiken ist prinzipiell unbekannt, ob, wie, wann, wo und mit welchem Ausmaß sie eintreffen. Im schlimmsten Fall ist mit katastrophenartigen Auswirkungen auf die Bereitstellung von ökosystemaren Dienstleistungen für die Gesellschaft (z. B. Nahrung oder Regulationsleistung des Wasserkreislaufs) zu rechnen. Grundlegende Überlegungen zum Verhalten ökologischer Systeme lassen vermuten, dass zumindest eine teilweise ökologische Versicherung gegen solche Risiken möglich ist. Entsprechende Vorsorgestrategien bauen auf dem Schutz der biologischen Vielfalt auf bzw. allgemeiner auf dem Schutz der Selbstorganisationsfähigkeit der ökologischen Systeme auf. Aber in welchem Umfang sollen ökonomische Ressourcen beispielsweise im Rahmen von Naturschutz- und Landschaftsplanung für die ökologische Versicherung bereitgestellt werden? Anhand einer wissenschaftlichen Befragung der lokalen Bevölkerung wurden im Rahmen eines Auswahlexperiments (Choice Experiment, Stated Preference-Methode) ökonomische Präferenzen für ökosystemare Versicherungsdienstleistungen der Waldbiodiversität in der Region um den Nation alpark Hainich (Thüringen) ermittelt

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Preferences for forest-based biodiversity and ecosyste

A cost-benefit analysis of controlling giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) in Germany using a choice experiment approach

Since first of January 2015, the EU-regulation 1143/2014 obligates all member states to conduct cost-benefit analyses in preparation of control programs for invasive alien species to minimize and mitigate their impacts. In addition, with ratification of the Rio Declaration and the amended Federal Nature Conservation Act, Germany is committed to control any further spread of invasive species. This is the first cost-benefit analysis estimating positive welfare effects and societal importance of H. mantegazzianum invasion control in Germany. The paper analyses possible control options limiting stands of giant hogweeds (H. mantegazzianum) based on survey data of n = 287 German districts. We differentiate between several control options (e.g. root destruction, mechanical cutting or mowing, chemical treatment and grazing) depending on infested area size and protection status. The calculation of benefits is based on stated preference results (choice experiment; n = 282). For the cost side, we calculate two different invasion scenarios (i) no re-infestation after successfully conducted control measures (optimistic) and (ii) re-infestation twice after conducting control measures occurring within ten years (pessimistic). Minimum costs of eradication measures including a time span of ten years and a social discount rate of 1% result in a total of 3,467,640 € for optimistic scenario and 6,254,932 € for pessimistic invasion scenario, where no success of the first eradication attempt is assumed. Benefits of invasion control in Germany result in a total of 238,063,641 € per year and overassessment-factor corrected in 59,515,910 € per year