Weed management in the context of biodiversity, glyphosate crisis and scarce resources – an interim conclusion attempt

Unkrautmanagement und Unkrautforschung sind an einem Wendepunkt. So sehen es jedenfalls zahlreiche Expertinnen und Experten. Herbizide kommen an ihre Grenzen durch Fortfall von Altwirkstoffen und die Zunahme schwerbekämpfbarer Unkrautpopulationen. Auflagen zur Verbesserung der Biodiversität sollen verordnet und die Herbizidmengen reduziert werden. Der Beitrag diskutiert die Problemursachen und mögliche Auswege. Das bisherige Herbizidsystem muss überarbeitet und die Auswirkungen auf öffentliche Güter müssen stärker in Bekämpfungsentscheidungen integriert werden.Weed management and weed research are at a turning point. This is the opinion of numerous experts. Herbicides are reaching their limits due to the disappearance of existing active substances and the increase in weed populations that are difficult to control. Regulation based requirements to improve biodiversity are to be imposed and herbicide quantities should be reduced. The paper discusses the causes of the problems and possible solutions. The current herbicide system must be revised and the effects on public goods must be more strongly integrated into control decisions

Rezente Veränderungen von Unkrautflora und -management als Basis für zukünftige Managementanpassungen

Die über die vergangenen Jahrzehnte beobachteten Veränderungen der Unkrautflora, welche durch Klimawandel und Veränderungen in Landnutzung und Bewirtschaftungspraxis verursacht werden, erfordern eine adäquate Anpassung des Unkrautmanagements. In dem vorliegenden Beitrag wird für das Bundesland Niedersachsen anhand von zwei Datenquellen ein Wandel der Unkrautflora nachgezeichnet und rezente Veränderungen des Unkrautmanagements dargestellt. Hierfür wurde zum einen unter Fachleuten aus landwirtschaftlicher Beratung, Behörden und Industrie eine Expertenbefragung durchgeführt, anhand derer qualitativ bestimmt wurde, welche Unkrautarten oder -gruppen in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen oder verloren haben, und welche Entwicklungen der Bedeutung einzelner Unkrautarten künftig zu erwarten sei. Zusätzlich wurden mögliche zukünftige Anpassungen und Herausforderungen des Unkrautmanagements erfragt. Zum anderen wurden anhand der Versuchsberichte zum Pflanzenschutz der Landwirtschaftskammer Niedersachsen für mehrere Kulturarten für den Zeitraum von den frühen 1980er Jahren bis in die Gegenwart Veränderungen der Praxis der Herbizidanwendung nachgezeichnet. Die Daten geben deutliche Hinweise darauf, dass eine Reihe von Unkrauttaxa in den vergangenen 30 Jahren stark an Relevanz gewonnen hat, insbesondere Hirse- und Storchschnabel-Arten, Ackerfuchsschwanz und Gänsefuß. Der direkte Einfluss des Klimas auf die Ackerunkrautflora ist dabei nicht von Effekten einer veränderten Bewirtschaftungspraxis zu trennen, welche wiederum selbst durch den Klimawandel beeinflusst wird. In der landwirtschaftlichen Praxis erfolgte über die vergangenen Jahrzehnte unter anderem eine Anpassung der Behandlungstermine, zum Beispiel eine vermehrte Herbstbehandlung im Winterweizen. Die bisherigen Veränderungen können eine Grundlage für die Entwicklung von Managementanpassungen für die Zukunft liefern. Hierzu ist das Wissen über ihre Ursachen mit Erkenntnissen aus der Klimafolgenforschung zu ergänzen. Wie bei der Interpretation vergangener Entwicklungen ist es auch bei Prognosen für die Zukunft nicht möglich, den Einfluss sich ändernden Klimas von Bewirtschaftungseffekten zu trennen. Beispielsweise hat die Fruchtfolge eine selektierende Wirkung auf Unkrautgruppen und die Konzentration des Maisanbaus kann Effekte einer Temperaturerhöhung für wärmeliebende sommerannuelle Arten verstärken.Stichwörter: Behandlungstermine, bekämpfungsrelevante Arten, Expertenbefragung, KlimawandelfolgenRecent changes of arable weeds flora and management as a basis for future adaptationsAbstractIn the course of the past decennia, numerous shifts of the arable weeds flora have been observed as a result of climate change and of changes of land use and agricultural management practice. These shifts necessitate appropriate adaptations of weed management. The present study depicts alterations of the arable weeds flora of Lower Saxony based on data from two different sources, and describes recent changes of arable weeds management. We firstly conducted a questionnaire-based survey among plant protection consultants and experts of agronomy and plant protection in industry and the federal agriculture authorities. This survey was aimed at identifying which weed taxa have gained or lost relevance for management, and which tendencies with regard to their relevance is expected according to expert knowledge. In addition, the experts were asked for information on possible adaptations and challenges of weed management expected for the future. Secondly, we used protocols of plant protection trails published by the Lower Saxony chamber of agriculture in order to determine alterations of the weed management practice since the 1980s. The screened data gave a clear indication of an increase of the relevance during the past 30 years for a number of weed taxa, in particular for several millet taxa, Geranium species, Alopecurus myosuroides and Chenopodium album. In the evaluation of changes of the relevance of individual weed taxa, the impact of climate change cannot be segregated from effects of altered agricultural practices, which are in turn themselves influenced by climate change. Records of the agricultural practice have pointed out shifts in herbicide application dates which parallel altered sowing dates, e. g., an increase in the frequency of herbicide application in autumn rather than in spring for winter wheat. The recent shifts of weed flora and management practices can serve as a basis for the development of management adaptations for the future. To this purpose, a sound understanding of their causes is indispensable, and it needs to be complemented with knowledge obtained from climate change research. As with the interpretation of past shifts, in projections for the future it will not be possible to disentangle climate and management effects. For example, crop sequence is known to select for certain weed life history groups, and a concentration of maize cultivation can therefore enhance the positive effects of a warmer climate for thermophile summer annual weed taxa.  Keywords: Climate change impact, expert knowledge, herbicide application dates, management-relevant tax

Untersuchungen zu Auflauf und Etablierung von Iva xanthiifolia Nutt. unter veränderten Umweltbedingungen in Norddeutschland

Der Klimawandel und die damit verbundenen Umweltveränderungen können zu einer Verschiebung und einem Wandel der heimischen Unkrautflora führen. Unkräuter, die aktuell nur auf Ruderalstandorten oder in geringen Abundanzen vorkommen, erfahren durch klimabedingte Modifikationen die Gelegenheit zur Ausbreitung. Das Spitzkletten-Schlagkraut (Iva xanthiifolia), bis jetzt nur an zwei Standorten in Niedersachsen bekannt, wurde in der vorliegenden Arbeit als Modellunkraut gewählt. Anhand von Gewächshausversuchen über die Manipulation von Temperatur- und Feuchtebedingungen in vier unterschiedlichen Bodensubstraten, die repräsentativ für die Bodenklimaregionen in Norddeutschland stehen, wurde die fundamentale Nische dieser Art analysiert. Dabei wurden die Keimung, wie auch Pflanzenmerkmale in den ersten sechs Wachstumswochen untersucht. Sowohl in der Keimphase, wie auch bei der Biomasseentwicklung und in der Wurzelausbildung reagierte die Pflanze negativ auf eine Erhöhung der Temperatur um 4 °C. In der Keimphase führte ein geringeres Wasserangebot im lehm-, sand- und tonhaltigen Bodensubstrat zu einer Reduktion der Keimrate. Trockenheit hatte zugleich eine negative Auswirkung auf die Biomasseentwicklung im Lehmsubstrat, begünstigte aber die Wurzelausbildung im torf- und sandhaltigen Boden. Daraus schließen wir, dass Iva xanthiifolia unter veränderten klimatischen Faktoren in Norddeutschland vermutlich ungünstige Bedingungen für eine Etablierung vorfindet. Kommt es aus anthropogenen Gründen z.B. Saatgutverunreinigungen zu einem verstärkten Einbringen in das Agrarökosystem ist eine Ausbreitung in stark humosen Böden am wahrscheinlichsten. Stichwörter: Fundamentale Nische, Keimung, Klimawandel, Spitzkletten-SchlagkrautStudy on emergence and early establishment of Iva xanthiifolia Nutt. under changing climatic conditions in Northern GermanyClimatic change affects many above- and belowground ecosystems, and might lead to a shift in the native weed flora. Weeds, which are current only present on the ruderal site or in less abundances, could expand their ranges to through climatic modifications. Here, we investigate the effect of alteration of temprature and water content in four soil substrates (prestigious for soil-climate areas in Northern Germany) on the fundamental niche of Iva xanthiifolia. Iva xanthiifolia, also kown as marsh-elder, was recently observed at two locations in Lower Saxony. The fundamental niche of this species was determined by investigating the germination behavior and some meaningful plant traits in the establishment stage of the plant. A temperature increase of 4 °C had a negative effect on the germination rate, as well as on biomass accumulation and root elongation. During the germination phase, a negative influence on plants in loam, sand and clay under water reduction was given. However, less water also reduced the total biomass on loamy grown plants, but was benefical for root development in sandy and peaty habitats. Therefore, we conclude that under changing climatic conditions a possible establishment of Iva xanthiifolia in Northern Germany is hampered. Nethertheless, if due to anthropogenic reasons, e.g. import of contaminated seeds into the agroecosystem, an establishment in humus rich soils will be most likely. Keywords: Climate change, fundamental niche, germination, Iva xanthiifoli

Erhebungen zum Einsatz von Glyphosat im deutschen Ackerbau

Glyphosat ist der weltweit meist verwendete Herbizidwirkstoff. Die Anwendungsgebiete von glyphosathaltigen Herbiziden decken eine Vielzahl von Kulturen und ackerbaulichen Situationen ab. Der Anwendungsumfang in Deutschland hat in den letzten zehn Jahren stark zugenommen. Daher sollte mit den Erhebungen ein Überblick über die tatsächlichen Einsatzgebiete erhalten werden. Im Frühjahr 2011 wurde eine Brief- und Online gestützte Umfrage unter deutschen landwirtschaftlichen Betrieben durchgeführt. 896 Fragebögen konnten ausgewertet werden. Die Studie erfasste ca. 250.000 ha LF und repräsentiert Betriebe aus ganz Deutschland. Die anhand der Betriebsangaben errechnete Applikationsfläche drückt den Anteil der Behandlungsfläche an der Anbaufläche aus. Große Flächenanteile von Raps (87,2 %), Körnerleguminosen (72,1 %) und Wintergerste (65,9 %) werden mit Glyphosat behandelt. Wesentliche Anwendungsgebiete sind in der Reihenfolge ihrer Bedeutung die Stoppelbehandlung, Vorsaatbehandlung und Sikkation. Stichwörter: Anwendungsgebiete, Herbizide, Sikkation, Stoppelbehandlung, Unkrautmanagement, Vorsaatbehandlung,A survey on the use of glyphosate in German arable farmingGlyphosate is the mostly used herbicide substance worldwide. Uses of glyphosate herbicides cover a wide range of crops and agronomical situations. During the last ten years, glyphosate use has increased in Germany. Thus, it is of specific interest to gather information on the current practice of its applications. In early 2011, a survey was carried out based on a postal and online inquiry of German farmers. The number of accessible valid answer sheets was 896. The study covered around 250000 ha of agricultural land, representing farms throughout Germany. The area of application was calculated (percentage), describing the proportion of application area from the cropping area of a specific crop. Large areas of oilseed rape (87.2 %), pulses (72.1 %) and winter barley (65.9 %) are treated with glyphosate. Predominating uses are (descending order): Stubble management, pre-sowing application and pre-harvest application (siccation). Keywords: Herbicides, herbicide uses, pre-sowing application, siccation, stubble management, weed managemen

Zum künftigen Umgang mit Glyphosat im Ackerbau - Ein Diskussionsbeitrag

Über die EU-Wirkstoffgenehmigung von Glyphosat war bis zum Redaktionsschluss noch keine Entscheidung gefallen. Sollte es zu einer Wiederzulassung von Glyphosat basierten Herbiziden (GBH) kommen, so sind Einschränkungen zu erwarten. Es ist damit zu rechnen, dass Beeinträchtigungen der biologischen Vielfalt reduziert werden müssen. Weiterhin besteht eine Debatte über eine Reduktion der Gesamtmenge von GBH. Der Beitrag gibt einen Überblick über den Stand der Diskussion und erläutert Pro und Contra verschiedener Reduktions- und Kompensationsinstrumente

Anwendungen von Glyphosat im deutschen Ackerbau – Betriebliche Aspekte

Glyphosat ist der in Deutschland am häufigsten eingesetzte herbizide Wirkstoff. Trotz eines hohen Stellenwertes in verschiedenen ackerbaulichen Situationen ist die agronomische Bedeutung des Wirkstoffes im Nicht-GVO-Ackerbau nach wie vor wenig erforscht. Aufgrund dessen ist im Winter 2014/2015 eine umfangreiche Erhebung unter konventionell wirtschaftenden landwirtschaftlichen Betrieben durchgeführt worden. Auf Basis der Umfrageergebnisse konnte mithilfe einer Cluster-Analyse ermittelt werden, wie sich Betriebstypen hinsichtlich der Glyphosatanwendungen unterscheiden. Eine Veranschaulichung von sieben verschiedenen Clustern erlaubt einen differenzierten Einblick in ackerbauliche Betriebsstrukturen. Die Betriebstypen unterscheiden sich vor allem bezüglich der Wahl zwischen konservierender und wendender Bodenbearbeitung. Analog zu dieser Differenzierung gestaltet sich auch die Intensität der Glyphosatanwendungen. Zusätzlich wird sichtbar, dass sich Cluster mit einem höheren Glyphosat-Anwendungsumfang durch einen geringeren Arbeitskräftebesatz, mehr Ackerfläche und/oder einem verstärkten Zwischenfruchtanbau charakterisieren lassen. Des Weiteren geben Betriebsgruppen mit einem intensiveren Glyphosateinsatz eher an, diesen Wirkstoff zum Resistenzmanagement zu benötigen. Die Einschätzungen der befragten Landwirte bezüglich der betriebswirtschaftlichen Bedeutung von Glyphosat variieren je nach Betriebstyp. Mithilfe der Betriebscluster können die wichtigsten Anwendungssituationen von Glyphosatherbiziden im Ackerbau weiter betriebswirtschaftlich analysiert und Szenarien für Folgenabschätzungen gebildet werden.Uses of glyphosate in German arable farming – operational aspectsGlyphosate is the most frequently used herbicide active ingredient in Germany. Studies regarding its usage in non-GMO arable farming are still rare even though it plays an important role in several agronomic situations. Therefore, we conducted a comprehensive survey, which was carried out among conventional German farms in Winter 2014/2015. Based on the results of this survey we analyzed via cluster analysis how types of farms differ in terms of glyphosate usage. An illustration of seven clusters allows deep insights into arable farm structures. The farm types can be distinguished regarding their tillage system and similar to this differentiation also concerning their intensity of glyphosate application. Furthermore, it becomes obvious that farm clusters with a higher level of glyphosate usage are characterized by a lower number of labourers per hectare, more arable land and/or enhanced cover cropping. Moreover, groups of farmers who rely more on glyphosate are more likely to state that they need glyphosate for herbicide resistance management. Farmers’ assessments of the economic importance of glyphosate usage vary depending on the type of farm. By means of the farm clusters, the most important situations of glyphosate usage can be further analyzed economically and scenarios for impact assessments can be made

Prognose künftiger Problemunkräuter im Maisanbau durch Artverbreitungsmodellierung

Die starke Zunahme des Maisanbaus in den letzten Jahren und Veränderungen in der Anbautechnik haben die Selektion typischer Maisunkräuter gefördert, die auch in besonderem Maße von den Folgen des Klimawandels profitieren könnten. Für die Pflanzenproduktion ist es von hohem Interesse, zukünftige Probleme mit Unkräutern abzuschätzen. Im Projekt KLIFF wurden darum neben experimentellen Arbeiten auch Artverbreitungsmodellierungen für das Gebiet von Niedersachsen durchgeführt. Für die vorliegende Studie wurden für neun Unkrautarten, die in verschiedenen Ländern Europas große Bedeutung im Maisanbau haben und weitverbreitet auftreten, die ökologische Nische und die Schadensnische ermittelt. Die ökologische Nische beschreibt die Umweltbedingungen, die günstig für das dauerhafte Vorkommen einer Art sind, die „Schadensnische“ jene Umweltbedingungen, unter denen eine Art darüber hinaus Schaden in landwirtschaftlichen Kulturen hervorruft. Dazu wurden Vorkommensdaten aus verschiedenen Vegetationsdatenbanken mit hochaufgelösten Klima-, Boden- und Landnutzungsdaten kombiniert. Durch die Projektion der Modelle auf simulierte Klimawerte für die Zeit 2070 - 2100 wurden Effekte des Klimawandels abgeschätzt.Die Ergebnisse zeigen, dass in Niedersachsen bereits heute fast flächendeckend günstige Bedingungen für typische Maisunkräuter herrschen, aber nur einzelne Arten weitverbreitet hohe Bedeutung im Maisanbau besitzen (Echinochloa crus-galli, Chenopodium album, Polygonum convolvulus). Die Ergebnisse decken sich sehr gut mit Daten eines früheren Maisunkraut-Monitorings. Die Reaktion auf die veränderten Klimabedingungen zum Ende dieses Jahrhunderts ist artspezifisch sehr unterschiedlich. Einige Arten reagieren im potentiellen Vorkommen neutral (E. crus-galli), andere mit großflächigen Zugewinnen (Polygonum persicaria) oder Verlusten (Viola arvensis) geeigneter Habitate. Alle Arten, die heute bereits hohes Schadpotential aufweisen, behalten dieses; weitere Arten gewinnen regional Schadenspotential (Calystegia sepium, Setara viridis).Stichwörter: Klimawandel, MaxEnt, Niedersachsen, potentielle Verbreitung, ökologische Nische, Schadensnische, Echinochloa crus-galli, Chenopodium albumPredicting weed problems in maize cropping by species distribution modellingAbstractIncreasing maize cultivation and changed cropping practices promote the selection of typical maize weeds that may also profit strongly from climate change. Predicting potential weed problems is of high interest for plant production. Within the project KLIFF, experiments were combined with species distribution modelling for this task in the region of Lower Saxony, Germany. For our study, we modelled ecological and damage niches of nine weed species that are significant and wide spread in maize cropping in a number of European countries. Species distribution models describe the ecological niche of a species, these are the environmental conditions under which a species can maintain a vital population. It is also possible to estimate a damage niche, i.e. the conditions under which a species causes damage in agricultural crops. For this, we combined occurrence data of European national data bases with high resolution climate, soil and land use data. Models were also projected to simulated climate conditions for the time horizon 2070 - 2100 in order to estimate climate change effects.Modelling results indicate favourable conditions for typical maize weed occurrence virtually all over the study region, but only a few species are important in maize cropping. This is in good accordance with the findings of an earlier maize weed monitoring. Reaction to changing climate conditions is species-specific, for some species neutral (E. crus-galli), other species may gain (Polygonum persicaria) or loose (Viola arvensis) large areas of suitable habitats. All species with damage potential under present conditions will remain important in maize cropping, some more species will gain regional importance (Calystegia sepium, Setara viridis).Keywords: Chenopodium album, climate change, damage niche, Echinochloa crus-galli, ecological niche, Lower Saxony, MaxEnt, potential distributio

Anwendungen von Glyphosat im deutschen Ackerbau – Herbologische und ackerbauliche Aspekte

In einer deutschlandweiten Befragung wurden Daten von 2026 Betrieben zu Glyphosatanwendungen, persönlichen Einschätzungen und betrieblichen Rahmenbedingungen erhoben. Nach einer Prüfung auf Vollständigkeit und Plausibilität wurden ca. 1700 Betriebe im Detail ausgewertet. Es wurden Nichtanwender, Weniganwender und Vielanwender von Glyphosat unterschieden. Letztere wenden Glyphosat auf > 20 % der Ackerfläche an. Charakteristisch für diese letztgenannten Betriebe sind ein großer Anteil pflugloser Bewirtschaftung, ein niedriger Arbeitskräftebesatz sowie eine überdurchschnittliche Betriebsgröße. Wurzelunkräuter sind weniger als Grund für Glyphosatanwendungen anzusehen als vielmehr Unkrautpopulationen, die mit den übrigen Herbiziden als schwer bekämpfbar angesehen werden. Nichtanwender und Anwender unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer Einschätzung des Nutzens von Glyphosat sowie der Einstellung zum Glyphosat-Anwendungsumfang in der Landwirtschaft. Uses of glyphosate in German arable farming – aspects of weed management and arable practiceData on glyphosate use, personal attitudes and farm characteristics were collected in a Germany-wide inventory from 2026 farms. About 1700 farms could be analyzed in detail. Categories of glyphosate users were split into: non-users, low proportion users and high proportion users. The latter apply glyphosate on > 20% of their arable land are characterized by a high amount of non-inversion tillage, low labor effort and aboveaverage farm size. Perennial weeds play a less important role for glyphosate use than managing weed populations that are regarded as less susceptible to regular herbicides. Non-users and users of glyphosate differ in their attitude towards the benefits of glyphosate and the amount of glyphosate use in agriculture

Field-level land-use data reveal heterogeneous crop sequences with distinct regional differences in Germany

Crop cultivation intensifies globally, which can jeopardize biodiversity and the resilience of cropping systems. We investigate changes in crop rotations as one intensification metric for half of the croplands in Germany with annual field-level land-use data from 2005 to 2018. We proxy crop rotations with crop sequences and compare how these sequences changed among three seven-year periods. The results reveal an overall high diversity of crop sequences in Germany. Half of the cropland has crop sequences with four or more crops within a seven-year period, while continuous cultivation of the same crop is present on only 2% of the cropland. Larger farms tend to have more diverse crop sequences and organic farms have lower shares of cereal crops. In three federal states, crop rotations became less structurally diverse over time, i.e. the number of crops and the number of changes between crops decreased. In one state, structural diversity increased and the proportion of monocropping decreased. The functional diversity of the crop sequences, which measures the share of winter and spring crops as well as the share of leaf and cereal crops per sequence, remained largely stable. Trends towards cereal- or leaf-crop dominated sequences varied between the states, and no clear overall dynamic could be observed. However, the share of winter crops per sequence decreased in all four federal states. Quantifying the dynamics of crop sequences at the field level is an important metric of land-use intensity and can reveal the patterns of land-use intensification

Beschreibung von Glyphosat-Anwendungsmustern im norddeutschen Ackerbau - Vergleich zweier unterschiedlicher Ansätze.

Glyphosat ist der meistgenutzte Herbizidwirkstoff in Deutschland. In den vergangenen Jahren haben zahlreiche Studien die Anwendungsmuster glyphosathaltiger Herbizide untersucht. Der vorliegende Beitrag fasst zwei unterschiedliche empirische Untersuchungen zum Einsatz von Glyphosat in Norddeutschland zusammen. Ziel der Studie ist es, durch die gemeinsame Analyse unterschiedlich erhobener Anwendungsdaten weitergehende Erkenntnisse zu den Applikationsmustern glyphosathaltiger Herbizide im Ackerbau zu gewinnen. Der Beitrag besitzt innovativen Charakter, es werden schlagspezifische Anwendungsdaten und betriebliche Fragebogenerhebungen zum Glyphosateinsatz aus fünf Regionen Norddeutschlands (Diepholz, Uelzen, Rostock, Fläming und Oder-Spree) zusammengeführt. Die Ergebnisse belegen, dass die feldspezifischen Applikationsmuster glyphosathaltiger Herbizide im Ackerbau die Einschätzungen der Landwirte in der Befragung stützen, die Übereinstimmung jedoch mit zunehmender Detailtiefe abnimmt. Hinsichtlich der Anwendungsmuster glyphosathaltiger Herbizide weisen die Ergebnisse darauf hin, dass Landwirte für eine Unterscheidung der Anwendungsgebiete Vorsaatanwendung und Stoppelbehandlung noch nicht ausreichend sensibilisiert sind. Für die zukünftige Diskussion um den Wirkstoff Glyphosat wäre eine einheitliche und von allen Beteiligten verwendete Definition der Anwendungsabgrenzungen wünschenswert, um eine lösungsorientierte Diskussion zu ermöglichen