Assessment of productivity and profitability of sole and double-cropping for agricultural biomass production

Zweifruchtsysteme werden in Deutschland als alterna­tive Anbausysteme für die landwirtschaftliche Biomasse­produktion erwogen. In dieser Untersuchung wurden die Produktivität und Wirtschaftlichkeit von Zweifruchtnutzung und Hauptfruchtanbau in den Jahren 2007 bis 2009 an drei klimatisch unterschiedlichen Standorten in Deutschland verglichen. Die wärmeliebenden Kulturen Mais (Zea mays L.), Futterhirse [Sorghum bicolor (L.) Moench] und Sudangras [S. bicolor (L.) Moench × S. sudanense (Piper) Stapf] wurden entweder allein als Hauptfrüchte oder als Zweitfrüchte nach Winterroggen (Secale cereale L.) angebaut. Bei Zweifruchtnutzung wurde der Winterroggen entweder zwischen Anfang und Mitte Mai (früh) oder Anfang Juni (spät) geerntet. Während der Winterroggen kein Zusatzwasser erhielt, wurden Mais, Futterhirse und Sudangras sowohl mit als auch ohne künstliche Bewässerung angebaut. Der Winterroggen lieferte einen oberirdischen Trockenmasseertrag von 5,2 t ha–1 bei früher Ernte und von 9,0 t ha–1 bei später Ernte. Die ertragreichste Zweifruchtnutzung (Roggen-Mais) war der produktivsten Hauptfrucht (Mais) ohne Zusatzbewässerung um 3,6 t ha–1 (23%) und mit Zusatzbewässerung um 5,2 t ha–1 (24%) überlegen. Durch die Zusatzbewässerung erhöht sich der Trockenmasseertrag bei den Hauptfrüchten um 5,3 t ha–1 (37%), bei den früh gesäten Zweitfrüchten um 5,6 t ha–1 (43%) und bei den spät gesäten Zweitfrüchten um 6,8 t ha–1 (77%). Ohne Zusatzbewässerung wurden die, im Vergleich zum Hauptfruchtanbau, höheren Produktionskosten bei der Zwei­frucht­nutzung nicht durch entsprechend höhere Trocken­masseerträge kompensiert. Mit Zusatzbewässerung hingegen erzielte das Zweifruchtsystem Roggen-Mais an zwei von drei Versuchsstandorten höhere Deckungsbeiträge als der Hauptfruchtanbau von Mais.    Double-crop (DC) systems are receiving serious consideration as cropping alternative for agricultural biomass production in Germany. In this study the productivity and economics of DC and sole-crop (SC) systems were compared from 2007 to 2009 at three climatically diverse sites of Germany. The warm season crops maize (Zea mays L.), forage sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] and sorghum-sudangrass [S. bicolor (L.) Moench × S. sudanense (Piper) Stapf] were either grown as sole crops or as second crop following winter rye (Secale cereale L.). The winter rye first crop was harvested premature at early-to-mid May (early) or early June (late). While the winter rye was grown under rainfed conditions, maize, forage sorghum, and sorghum-sudangrass were grown with or without irrigation. Winter rye produced an aboveground dry matter yield (DMY) of 5.2 t ha–1 at early harvest and 9.0 t ha–1 at late harvest. The highest yielding DC system (rye-maize) out-yielded the most productive SC system (maize) by 3.6 t ha–1 (23%) under rainfed conditions and by 5.2 t ha–1 (24%) with irrigation. Irrigation increased DMY of sole crops by 5.3 t ha–1 (37%), of early sown second crops by 5.6 t ha–1 (43%), and of late sown second crops by 6.8 t ha–1 (77%). Under rainfed conditions, the higher DMY of the DC as compared with the SC systems did not compensate the higher production costs. With irrigation, however, the rye-maize DC achieved higher contribution margins than SC maize at two of the three experimental sites.   &nbsp

Water as a limiting factor for crop yield

Durch die mit dem Klimawandel einhergehende höhere Durchschnittstemperatur und häufigere Frühjahrs- und Sommertrockenheit wird das Wasser zu einem zunehmend limitierenden Faktor für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion. Am Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde des Julius Kühn-Instituts (JKI) wurden in den letzten Jahren mehrere Experimente mit dem Produktionsfaktor Wasser durchgeführt. Die wichtigsten Ergebnisse einiger ausgewählter Experimente werden in dieser Veröffentlichung kurz beschrieben: (I) Wasserbedarf von Energiemais, (II) Einfluss der Wasserversorgung auf die interspezifische Konkurrenz beim Mischanbau, (III) Vergleich der Trockentoleranz von Mais und Sorghumhirsen, (IV) Extremszenario zu Trockenstress bei Wintergetreide, (V) Temperatur des Pflanzenbestandes als Bioindikator für den Wasserstatus und (VI) Wasseraufnahme, Wassernutzungseffizienz und Biomasseertrag von Durchwachsener Silphie.Because of the higher average temperature and more frequent spring and summer drought associated with climate change, water becomes an increasingly limiting factor for agricultural crop production. At the Institute for Crop and Soil Science of the Julius Kühn-Institut (JKI), several experiments with the production factor water have been carried out during recent years. The most important results of some selected experiments are briefly described in this publication: (I) water requirement of energy maize, (II) influence of water supply on interspecific competition in mixed cropping, (III) comparison of drought tolerance of maize and sorghum, (IV) extreme scenario for drought stress in winter cereals, (V) canopy temperature as a biological indicator for the crop water status and (VI) water uptake, water use efficiency and biomass yield of cup plant

Yield physiology of biogas crops: comparison of cup plant, maize, and lucerne-grass

In einem Bewässerungsfeldversuch in Braunschweig wurden die Biogaskulturen Durchwachsene Silphie, Mais und Luzernegras hinsichtlich Ertragsleistung sowie Aufnahme- und Nutzungseffizienz für Wasser und Strahlung verglichen. Darüber hinaus wurden in Silphie- und Maisbeständen an sechs Standorten mit stark unterschied­lichen Bodenbedingungen Bohrkerne für Wurzelunter­suchungen entnommen. In Braunschweig lag der über Jahre und Wasserregime gemittelte Trockenmasseertrag von Silphie mit 13,5 t ha–1 auf demselben Niveau wie der von Luzernegras (13,2 t ha–1) aber signifikant unter dem von Mais (19,7 t ha–1). Auch hinsichtlich der Wasser­nutzungseffizienz war die Silphie mit Luzernegras vergleichbar, dem Mais aber deutlich unterlegen. Das in den Blattbechern aufgefangene Tauwasser stellte mit einem Anteil von bestenfalls 0,3% am Gesamtwasserverbrauch der Silphie keine für die Ertragsbildung relevante Größe dar. Der Effekt von Trockenheit auf die Methanausbeute (–6%) war nicht so stark wie erwartet. Während die unteren Blätter bei Mais bis zur Ernte photosynthetisch aktiv blieben, starben sie bei der Silphie aufgrund von Lichtmangel als Folge des hohen Blattflächenindex vorzeitig ab. Die Silphie wurzelte tiefer als der Mais und erreichte auf einem tiefgründigen Lößstandort eine maximale Wurzeltiefe von 2,7 m. Auch wenn sich nicht alle Erwartungen erfüllt haben (z.B. Trockentoleranz und mit Mais vergleichbare Erträge), erhöhen Silphie-Dauerkulturen die Agrobiodiversität und tragen durch Zufuhr großer Mengen an organischer Substanz sowie durch eine lange Begrünung zum Boden- und Wasserschutz bei.An irrigation field experiment was conducted at Braunschweig to compare the yield performance as well as the water and radiation uptake and use efficiency of the biogas crops cup plant, maize and lucerne-grass. Additionally, at six other sites with varying soil conditions, root characteristics of maize and cup plant were studied. In Braunschweig, the cup plant dry matter yield of 13.5 t ha–1 averaged across years and water regimes was at the same level as that of lucerne-grass (13.2 t ha–1), but significantly lower than that of maize (19.7 t ha–1). Accordingly, the water use efficiency of cup plant was similar to that of lucerne-grass but significantly lower than that of maize. With a share of at best 0.3% of the total water consumption the condensation water trapped in the leaf cups was not rele­vant for cup plant yield. The adverse effect of drought on the specific methane yield (–6%) was not as strongly as expected. While the lower maize leaves remained photosynthetically active until harvest, the comparatively high leaf area index of cup plant caused the lower leaves to die prematurely due to lack of light. With up to 2.7 m on deep loess, the cup plant rooted deeper than the maize. Even if not all expectations have been fulfilled (e.g. drought tolerance and biomass yields comparable with maize), permanent cup plant crops increase the agro-biodiversity and contribute by the supply of large quantities of organic matter as well as the long-term greening to soil and water protection

Crop rotations with and without legumes: a review

Leguminosen sind im ökologischen Landbau aufgrund ihrer Fähigkeit zur Luftstickstofffixierung unverzichtbar für die Stickstoffversorgung der Ackerkulturen und die Proteinversorgung der Nutztiere. Im konventionellen Anbau bieten Leguminosen die Möglichkeit, die häufig getreideintensiven Fruchtfolgen aufzulockern. Eine der wichtigsten Wirkungen dieses Break-crop-Effekts ist das Durchbrechen des Lebenszyklus von fruchtartenspezifischen Pathogenen und der damit verbundenen Einsparung von Pflanzenschutzmitteln. Die vorliegende Übersichtsarbeit stellt den derzeitigen Stand des Wissens zu Fruchtfolgen mit und ohne Leguminosen zusammen. Dabei werden ackerbauliche, ökologische und ökonomische Wirkungen des Anbaus groß- und kleinkörnig Leguminosenarten als Haupt- oder Zwischenfrüchte bzw. Unter­saaten oder als Komponenten in Gemengen dar­gestellt und bewertet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf relevanten Publikationen in wissenschaftlichen Journalen sowie Praxis- und Forschungsberichten der Jahre 2010 – 2020 die in Deutschland oder vergleichbaren klimatischen Bedingungen durchgeführt wurden. Abschließend wird daraus der notwendige Forschungsbedarf für die Themenbereiche Pflanzenbau (konventionell und ökologisch), Pflanzenschutz, Ökonomie, Ökologie und Klimaschutz abgeleitet.In organic farming, legumes are indispensable for the nitro­gen supply of arable crops and the protein supply of livestock due to their ability to fix atmospheric nitrogen. In conventional farming, legumes offer the potential to break the often cereal-intensive crop rotations. One of the most important consequences of the break-crop effect is the interruption of the life cycle of crop-specific pathogens and the associated savings of pesticides. This review summarizes the current state of knowledge on crop rotations with and without legumes. It presents and evaluates the agronomic, ecological and economic effects of the cultivation of large- and small-seeded legume species as main or catch crops, when undersown in other crops, or used as components in mixtures. The focus is on relevant publications in scientific journals as well as practice and research reports published between 2010 and 2020 which were carried out in Germany or under comparable climatic conditions. Finally, essential research needs in the areas of crop production (conventional and organic), crop protection, economics, ecology, and climate protection are identified

Molecular profiling of pediatric meningiomas shows tumor characteristics distinct from adult meningiomas

In contrast to adults, meningiomas are uncommon tumors in childhood and adolescence. Whether adult and pediatric meningiomas differ on a molecular level is unclear. Here we report detailed genomic analyses of 37 pediatric meningiomas by sequencing and DNA methylation profiling. Histologically, the series was dominated by meningioma subtypes with aggressive behavior, with 70% of patients suffering from WHO grade II or III meningiomas. The most frequent cytogenetic aberrations were loss of chromosomes 22 (23/37 [62%]), 1 (9/37 [24%]), 18 (7/37 [19%]), and 14 (5/37 [14%]). Tumors with NF2 alterations exhibited overall increased chromosomal instability. Unsupervised clustering of DNA methylation profiles revealed separation into three groups: designated group 1 composed of clear cell and papillary meningiomas, whereas group 2A comprised predominantly atypical meningiomas and group 2B enriched for rare high-grade subtypes (rhabdoid, chordoid). Meningiomas from NF2 patients clustered exclusively within groups 1 and 2A. When compared with a dataset of 105 adult meningiomas, the pediatric meningiomas largely grouped separately. Targeted panel DNA sequencing of 34 tumors revealed frequent NF2 alterations, while other typical alterations found in adult non-NF2 tumors were absent. These data demonstrate that pediatric meningiomas are characterized by molecular features distinct from adult tumors

Climate change and possible challenges for crop protection – Yesterday, today, tomorrow

Das Klima und die Witterung sind prägende Faktoren für den Pflanzenschutz. Bereits vor 100 Jahren haben sich Wissenschaftler im Nachrichtenblatt für den Deutschen Pflanzenschutzdienst dieser Thematik gewidmet. Die Auswirkungen des Klimawandels sind ambivalent und es wird insgesamt zu einer Veränderung des Schaderregerspektrums kommen. Tendenziell werden Schäden durch Insekten, Krankheitserreger und wärmetolerante Unkräu­ter begünstigt. Das Risiko der Etablierung invasiver Arten nimmt zu. Ebenso kann die Wirksamkeit des biologischen Pflanzenschutzes beeinträchtigt und neue Verfahren erforderlich werden. Beim chemischen Pflanzenschutz wird sich das Wirkstoffspektrum verschieben und die Anforderungen an Applikationstechnik und -termin steigen. Starkregen kann das Risiko des Austrags von Pflanzenschutzmitteln in die Umwelt steigern. Auch in Mitteleuropa kann es verstärkt zu Befall mit Vorratsschädlingen bereits im Feld kommen und die Qualität und Lagerstabilität der Ernteprodukte abnehmen. Ins­gesamt wird die Bedeutung präventiver Pflanzenschutzmaßnahmen zunehmen. Die Folgen des Klimawandels erhöhen die betriebs- und volkswirtschaftlichen Risiken und stellen alle Akteursebenen vor erhebliche Heraus­forderungen.Climate and weather are decisive factors for plant protection. Already 100 years ago, scientists dedicated themselves to this topic in the newsletter of the German Plant Protection Service. The effects of climate change are ambi­valent and there will be an overall change in the pest spectrum. Damage caused by insects, pathogens and heat-tolerant weeds will tend to be favoured. The risk of invasive species becoming established increases. Simi­larly, the effectiveness of biological crop protection may be compromised and new methods may be required. In the case of chemical pesticides, the spectrum of active substances will shift and the demands on application technology and timing will increase. Heavy rains can increase the risk of pesticide run-off into the environment. There may be increased infestation with storage pests already in the field in Central Europe too, and the quality and storage stability of harvested products may decline. Overall, the importance of preventive plant protection measures will increase. The consequences of climate change increase operational and economic risks and pose considerable challenges for all levels of stakeholders

Processing and filtering of leaf area index time series assessed by in-situ wireless sensor networks

A precise and up-to-date situational awareness of crop conditions is important for precision farming. The temporallycontinuous monitoring of relevant crop parameters has recently been shown to assist in a large number ofapplications. In this context, the leaf area index (LAI) is a key parameter. However, continuous LAI monitoringusing traditional assessment methods is hardly possible and very expensive. For this reason, low-cost sensorsbased on Wireless Sensor Network (WSN) technology have been developed and interconnected to agricultural insitu sensor networks that seem promising for LAI assessment. In this paper, an approach for the processing andfiltering of distributed in situ sensor data for a credible LAI estimation is proposed. This approach is developedbased on a long-term WSN deployment in experimental plots with different wheat cultivars (Triticum aestivum L.)and water regimes. Non-negligible environmental impacts on radiation-based LAI assessment are also taken intoaccount. A comparative analysis with a conventional LAI instrument shows that WSNs with adequately processeddata gathered by low-cost sensors have the potential to produce credible LAI trajectories with hightemporal resolution, that fit the dynamic crop growth process. Moreover, they are also shown to be able to detectyield-limiting trends and even to differentiate between individual wheat cultivars. Hence, those WSNs enablenew applications and can greatly support modern crop management, cultivation, and plant breeding