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The Role of Organic P in the Baltic Sea Region – Lessons (to be) Learned
Get PDFDie Ostsee eines der am stärksten eutrophierten Meere weltweit. Die Entwicklung von Strategien, die den landwirtschaftlichen P-Kreislauf schließen, ist unverzichtbar, da die P-Düngung nur dann nachhaltig sein kann und P-Verluste auf ein unvermeidbares Minimum reduziert werden. Auf intakten Böden, die ausreichend mit P versorgt sind, um das Ertragspotential am Standort zu realisieren, ist eine P-Zufuhr über mineralische und organische Düngemittel genügend, die P, welches mit dem Erntegut entzogen wird, ersetzt. Dies sind im Mittel 22 kg/ha* a P. Algorithmen für die räumlich variable Ausbringung im Rahmen der Präzisionslandwirtschaft von mineralischen und Wirtschaftdüngern wurden entwickelt, die die optimale Ausbringungsmenge entsprechend der kleinräumigen Variabilität der P-Versorgung im Boden reguliert. Im vorliegenden Beitrag werden die wichtigsten Erkenntnisse einer internationalen Studie in vier Ostseeanrainerstaaten vorgestellt. Diese zeigte, dass insbesondere mit Schweine- und Hühnergülle überproportional viel P ausgebracht wird, auch wenn das obere Limit von 170 kg/ha N eingehalten wird. Hierdurch kam es auf den Böden über die Jahre zur Anreicherung von P, was wiederum das Risiko von P-Verlusten über Oberflächenabfluss und Erosion stark erhöht und in direktem Zusammenhang mit dem Problem der Eutrophierung der Ostsee steht. So nahm die Wasserqualität, welche zum Beispiel mittels der Lichtdurchlässigkeit bestimmt wird, in den letzen 60 Jahren kontinuierlich ab. Die derzeitigen gesetzlichen Vorgaben und Praktiken bei der Ausbringung von Wirtschaftsdüngemitteln sind nicht ausreichend, um die Eutrophierung sichtbar zu reduzieren. Neue Studien deuten vielmehr darauf hin, dass es mindestens 70 Jahre dauert bis die P-Versorgung von exzessiv auf ausreichend sinkt sofern kein P ausgebracht wird. Deshalb ist der Verzicht auf die Ausbringung von P auf Böden oder Teilflächen, die exzessiv hohe Gehalte aufweisen zusammen mit einer variablen Düngung, die strikt dem Bedarf folgt, notwendig, um die P-Düngung langfristig nachhaltig zu gestalten.The Baltic Sea is one of the most eutrophicated marine bodies worldwide. It is essential to develop strategies to close the agricultural P-cycle because only then P fertilization will be sustainable and P losses reduced to an unavoidable minimum. On intact soils that are sufficiently supplied with P in order to achieve the site-specific maximum yield a balanced use of mineral and organic P sources complies with actual plant needs and exclusively replaces P that is removed by harvest products. This is on an average 22 kg/ha* yr P. Algorithms for the variable rate application of mineral and organic fertilizers have been developed and are a suitable tool to match the small-scale spatial variability of plant available soil P with P rates. The milestones of a study carried out in four countries of the Baltic Sea Region are presented. These reveal that on livestock enterprises excessive P rates are applied particularly with pig and poultry manure though the upper quantity of manure equaling 170 kg/ha N is met. This caused P accumulation in soils over time and bears an enhanced risk of P losses by surface run-off and erosion. The result is eutrophication of the Baltic Sea and its water quality in terms of light transmittance has been deteriorating consistently during the past 60 years. Current fertilizer practices on livestock farms and statutory rules in the Baltic Sea Region are not convenient to reduce nutrient discharges to the Baltic Sea in a magnitude that will reduce eutrophication. Based on current data it is estimated that it will take at least 70 years to lower the soil P status from excessive to sufficient if no P is applied. Zero P application where the soil P status is excessive and variable rate application of manure in combination with a strictly demand-driven application of P on sufficiently supplied soils is imperative for a sustainable P use
Socioeconomic aspects of genome editing in crops: The case of the value chains of wheat
Get PDFGenom Editing (GE) bietet zahlreiche Möglichkeiten, Nutzpflanzen mit hoher Präzision und Geschwindigkeit zu verbessern. Das Verständnis der sozioökonomischen Folgen von GE für die Agrarwirtschaft ist jedoch unzureichend. Ziel dieser qualitativen Studie ist es, zu analysieren wie sich GE auf landwirtschaftliche Wertschöpfungsketten auswirken könnte. Basierend auf den hypothetischen Fallbeispielen der Nutzung von pilzresistentem und Zöliakie-sicherem Weizen in Deutschland, wurde eine Wertschöpfungsketten-Analyse durchgeführt, um Kosten und Nutzen von GE entlang der Wertschöpfungsketten von Weizen zu bewerten. Die Primärdaten wurden durch semi-strukturierte Experteninterviews mit Verbänden und Unternehmen in den Wertschöpfungsketten von Weizen erhoben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung von pilzresistentem und Zöliakie-sicherem Weizen in jeder der untersuchten Wertschöpfungsstufen Nutzen generiert. Die Ergebnisse verdeutlichen aber auch, dass eine geringe Akzeptanz von GE in der Gesellschaft und im Lebensmitteleinzelhandel ein signifikantes Hemmnis für die Nutzung von genomeditierten Pflanzen in landwirtschaftlichen Wertschöpfungsketten darstellt.Genome editing (GE) offers numerous opportunities to improve crops with high accuracy and speed. However, the understanding of the socioeconomic impact of GE on agribusiness is insufficient. The objective of this qualitative study is to analyze how GE could affect agricultural value chains. A value chain analysis based on the hypothetical cases of using fungal-resistant and coeliac-safe wheat in Germany was conducted in order to assess the costs and benefits of the analyzed crops along the value chains of wheat. Primary data was collected by semi-structured expert interviews with associations and companies operating in the value chains of wheat. The results show that the use of fungal-resistant and coeliac-safe wheat leads to benefits at each step of the value chains. However, the results also show that low acceptance of genome editing by society and food retailers poses a significant barrier for the adoption of genome-edited crops in agricultural value chains
History – A look back or how it all began
Get PDFVor 25 Jahren wurden in Dahnsdorf die ersten Dauerfeldversuche angelegt. Das Versuchsfeld befindet sich im südlichen Brandenburg, nahe der Stadt Bad Belzig, im Naturraum „Hoher Fläming“. Bei der Einrichtung des Versuchsfelds wurde auf einen weizenfähigen Boden und eine hohe Repräsentanz für die ackerbaulichen Standorte in Ostdeutschland geachtet. Im Herbst 1995 erfolgte die Anlage von Komplexversuchen zum Pflanzenschutz als Dauerfeldversuche. Damals wurden die drei Bewirtschaftungssysteme Marktfruchtbau, Futterbau und Ökologischer Landbau etabliert. Im Laufe der Versuchsdauer wurde die Ausrichtung der Versuche angepasst. Durch die Zunahme der pfluglosen Bodenbearbeitung, auf rund 40% der Ackerfläche Deutschlands, wurde die Versuchsfrage der Pflanzenschutzintensität in Abhängigkeit der Bodenbearbeitung aufgegriffen. Selbstverständlich wurden gesetzliche Änderungen, wie z.B. die Einführung der Verbindlichkeit des integrierten Pflanzenschutzes (ab dem 01.01.2014), berücksichtigt. In den Dauerfeldversuchen werden auch weiterhin zukünftige Entwicklungen im Pflanzenschutz berücksichtigt (beispielsweise der Verzicht auf die CfS-Substitutionskandidaten), um den Auftrag der Politikberatung adäquat zu bedienen zu können.25 years ago, the first long-term field tests were carried out in Dahnsdorf. The field is located in southern Brandenburg, near the city of Bad Belzig, in the natural area “Hoher Fläming”. When setting up the trial field, care was taken to ensure a wheat-compatible soil and a high level of representation for the agricultural locations in eastern Germany. In autumn 1995, complex plant protection trials were set up as long-term field trials. At that time, the three farming systems of cash crop production, fodder production and organic farming were established. During the course of the trials, the main research topics were adjusted. Due to the increase of non-inversion tillage to about 40% of the arable land in Germany, the issue how the intensity of plant protection depends on tillage was taken into closer examination. Of course, legal changes such as the liability of integrated plant protection (since 01.01.2014) were taken into account. In the permanent field trials future developments in crop protection will be taken into consideration (abandonment of candidates for substitution) in order to adequately serve the task of policy advice
Diagnostics and decontamination measures of potato nematode-cysts (Globodera pallida/G. rostochiensis) – and potato wart (Synchytrium endobioticum) – loaded soil tare – Status quo and perspective
Get PDFZwei Organismengruppen gehören zu den besonders widerstandsfähigen und ertragsmindernden Schadorganismen an der Kartoffel: (1) Zystennematoden der Gattung Globodera, wie der Weiße (G. pallida) und der Goldene Kartoffelzystennematode (G. rostochiensis), sowie (2) Synchytrium endobioticum, der Erreger des Kartoffelkrebses. Ihr Status als geregelte, schwer kontrollierbare Unions-Quarantäneschadorganismen ist ihren äußerst robusten Dauerstadien (Zysten bzw. Wintersporangien) zuzuschreiben sowie dem Auftreten einzelner Populationen mit hoher Virulenz. Ihre Verbreitung ist daher unbedingt zu vermeiden. Ein hohes Risiko einer Verschleppung bergen die jährlich mehreren hunderttausend Tonnen bei der Kartoffelverarbeitung anfallenden Resterden mit nicht zuzuordnender Herkunft. Um eine unbedenkliche Rückführung der Erden auf Ackerflächen zu ermöglichen, wird im Projekt GlobRISK die Optimierung bzw. Ergänzung phytosanitärer Verfahren zur Dekontamination der Resterden von Kartoffelzystennematoden vorangetrieben. Im Drittmittelprojekt INNOKA beabsichtigen wir, innovative Nachweisverfahren für S. endobioticum aus Resterden zu entwickeln und somit Grundlagen für weitere Forschungsarbeiten zur Dekontamination S. endobioticum belasteter Resterden zu schaffen.Potato cyst nematodes, Globodera pallida and G. rostochiensis, as well as Synchytrium endobioticum, causing potato ward disease, are severe pests of potato crops. Due to their massive yield impact, all three species are considered invasive and thus are listed as quarantine pests in Germany. Dissemination of soil tares, which derive from the industrial processing of potatoes, are considered as main path for the spread of Globodera spp and S. endobioticum to non-infected areas. Consequently, the reuse of processed soils for any agricultural purpose requires the application of adequate treatments to exclude contamination with both pests. We are seeking to develop reliable diagnostic tools for S. endobioticum (INNOKA project) and to validate and improve treatment procedures for the disinfestation of tare soil eliminating potato cyst nematodes (GlobRISK project)
Analysis of genotypic differences in biochemical and physiological adjustments to N-deficiency and drought stress in potatoes (Solanum tuberosum L.) with consideration of yield components
No full textZiel dieser Arbeit war die Phänotypisierung von Kartoffelsorten unter N-Mangel und Trockenstress auf morphologischer, physiologischer und biochemischer Ebene. Dazu wurden in einem Gefäßversuch 17 europäische Kartoffelsorten in zwei N-Stufen und zwei Bewässerungsstrategien in einem rain-out-shelter zweijährig geprüft. Mittels eines in-vitro-Screenings sollten sortenabhängige Reaktionen auf N-Mangel erfasst werden. Exemplarisch wurden an zwei unterschiedlich reagierenden Sorten proteomische Untersuchungen zur Identifizierung von auf N-Mangel reagierenden Proteinen durchgeführt.
In Bezug auf Knollen- und Stärkeertrag zeigte sich die Sorte ‘Tomba‘ sowohl unter N-Mangel als auch unter Trockenstress tolerant, während ‘Kiebitz‘ mit Ertragseinbußen reagierte. Andere Sorten zeigten je nach Stressart unterschiedliche Reaktionen. Die Stickstoffnutzungseffizienz war unter N-Mangel erhöht. Die Wassernutzungseffizienz verringerte sich unter Trockenstress und war bei ausreichender N-Versorgung stets höher als unter N-Mangel. Biochemische und physiologische Merkmale der Blätter wurden zu zwei Zeitpunkten während der Trockenstressphase analysiert. Der Prolingehalt nahm unter Trockenstress zu, wobei sich eine ausreichende N-Versorgung auf die Dynamik und Höhe auswirkte. Der Gesamtgehalt an löslichem Zucker stieg unter kurz anhaltendem Trockenstress und fiel bei längerer Dauer wieder ab. Das Wasserpotential im Blatt nahm bei Trockenstress schnell ab. Ausgeprägte osmotische Anpassungen waren aber nicht nachzuweisen. Korrelationen zwischen biochemischen und physiologischen Parametern zu Ertragsmerkmalen waren zu schwach, um als Toleranzmarker verwendet zu werden.
Sortenunterschiede waren auch unter in vitro Bedingungen signifikant. Spezifische Unter-schiede unter N-Mangel zeigten sich insbesondere in der Biomasseproduktion, im Chlorophyll-gehalt und in der N-Metabolisierung. Interessante Reaktionen wurden hinsichtlich des Wurzel-Spross Verhältnisses festgestellt, welches von einigen Sorten unter N-Mangel gesteigert wurde.
21 % der mittels Proteomanalyse detektierten Proteine unterschieden sich in ihrer Abundanz zwischen dem ausgewählten sensitiven und dem toleranten Genotyp. Im Vergleich zwischen Kontrolle und N-Mangel waren dies 19,5 % beim toleranten und 15 % beim sensitiven Genotyp. Die wenigen in beiden Sorten durch N-Mangel gleichermaßen betroffenen Proteine betrafen allgemeine Stressreaktionen. Sortenspezifisch unter N-Mangel reguliert waren insbesondere Enzyme des Kohlenhydratmetabolismus und der Chlorophyllsynthese. Speziell die Rubisco activase zeigte interessante Modifikationen zwischen den Genotypen und N-Stufen.
Diese Dissertation wurde nur als Druckausgabe veröffentlicht.This work aimed at comprehensive phenotyping of starch potato cultivars in response to N-deficiency and drought stress at the morphological, physiological and biochemical level. For this purpose, 17 European potato cultivars were investigated in two years pot trials in a rain-out shelter with two N-levels and two water supply regimes. Additionally, a broad in vitro screening was performed to monitor specific traits under different N-levels in dependence of the genotype. Furthermore, out of these two contrasting genotypes were analysed in a proteomic approach to identify proteins associated with genotype specific responses to N-deficiency.
With regard to tuber and starch yield cv. Tomba proved to be comparatively tolerant and cv. Kiebitz rather sensitive under both, N-deficiency and drought stress. Other cultivars responded differentially depending on the type of stress. Nitrogen use efficiency generally increased under N-deficiency. Water use efficiency decreased under limited water supply, but was increased by increased N-supply. Biochemical and physiological parameters of leaves were analysed at two time points during a drought stress phase. The proline content increased under drought, while the N-supply level had an effect on the speed and extent of its accumulation. The content of total soluble sugars increased at short-term drought and dropped back at long-term drought, which was more pronounced at higher N-supply. The leaf water potential decreased rapidly under drought, however, significant osmotic adjustment was not detected. Correlations of biochemical or physiological parameters to agronomic traits were too weak to serve as markers for abiotic stress tolerance.
In vitro assays disclosed significant differences between cultivars in the ability to maintain biomass production, photosynthesis and N-metabolization under decreased N-supply. Furthermore, genotype dependent responses were detected regarding the root to shoot ratio, which was increased under N-deficiency in some specific cultivars.
The proteomic analysis revealed that 21 % of the detected proteins differed in abundance between the sensitive and the tolerant genotype. In control and N-deficiency conditions 19.5 % were differentially accumulated in the sensitive and 15 % in the tolerant genotype. Out of a total of 106 differentially abundant proteins, only eight were detected in both genotypes, which were mainly associated with general stress response. In the tolerant genotype, the determined high chlorophyll content was associated with an increase of respective catabolic enzymes. In particular, rubisco activaseshowed interesting modulations in dependence of genotypes and N-levels.
This dissertation was only published as a printed edition
Innovative diagnostic methods to detect harmful wood-inhabiting insects
Get PDFEine nicht-invasive Diagnose holzzerstörender Schadorganismen ist von großer Bedeutung um Eingriffe in kostbare Holzprodukte und lebende Bäume auf ein Minimum zu beschränken. Hier stellen wir zwei ganz unterschiedliche Methoden vor, eine physikalische und eine molekularbiologische, die einen schonenden Nachweis von Insektenlarven im Holz ermöglichen. Beide Methoden sind bereits zum Teil erfolgreich zur Analyse des Asiatischen Laubholzbockkäfers (Anoplophora glabripennis, ALB) eingesetzt worden und eignen sich als Frühwarnsysteme in der Bekämpfung von Quarantäneschadinsekten.Non-invasive diagnosis of harmful wood-inhabiting organisms is of great importance in order to minimize interventions in valuable wood products and living trees. Here we present two methods, an acoustical and a molecular one, which enable gentle detection of insect larvae in wood and wood products. In parts, both methods have been successfully applied for the analysis of the Asian longhorn beetle (Anoplophora glabripennis, ALB) and appear suitable as early warning systems in the control of quarantine insect pests
Evaluation of metazachlor-containing herbicides for control of blackgrass in winter oilseed rape
Get PDFDie Auswertung von Kleinparzellen-Versuchen der letzten 20 Jahre zeigt eine Abhängigkeit der Wirksamkeit Metazachlor-haltiger Herbizide gegen Acker-Fuchsschwanz von Anwendungstermin und Aufwandmenge. Die höchsten Wirkungsgrade mit der geringsten Streuung werden im Vorauflauf erzielt. Bei reinen Metazachlor-Produkten liegen diese bei 500 g/ha Metazachlor bei 75 % Wirkung und bei 750 g/ha Metazachlor bei etwas über 80 % Wirkung. Im Nachauflauf ist die Variabilität aufgrund unterschiedlicher Entwicklungsstadien höher und die Wirkungsgrade sind im Durchschnitt um häufig 5-10 % niedriger.
Auch Dimethenamid-P-haltige Herbizide ohne Metazachlor (z.B. Tanaris®) weisen eine Nebenwirkung gegen Acker-Fuchsschwanz auf. Diese liegt bei 500 g/ha Dimethenamid-P durchschnittlich bei 60-65 % und fällt im Nachauflauf weniger stark ab, verglichen mit Metazachlor.
Die Kombination aus 500 g/ha Dimethenamid-P und 500 g/ha Metazachlor, wie sie in den Produkten Butisan® Gold und Butisan® Kombi vorliegt, erzielt hinsichtlich Wirkungsgrad und Wirkungssicherheit dieselben Ergebnisse wie 750 g/ha Metazachlor solo. Die Rücknahme der Metazachlor-Aufwandmenge von 750 g/ha auf 500 g/ha wird somit durch die Ergänzung mit Dimethenamid-P bei der Acker-Fuchsschwanz-Wirkung vollständig kompensiert.
Idealerweise sollte Winterraps in der Fruchtfolge dafür genutzt werden, den Acker-Fuchsschwanz-Besatz durch Verhinderung von Samen-Neubildung zu reduzieren. Die dafür nötigen hohen Wirkungsgrade lassen sich erzielen mit Spritzfolgen bestehend aus Butisan® Gold/Butisan® Kombi gefolgt von Focus® Aktiv-Pack (sofern keine ACCase-Wirkort-Resistenz vorliegt) oder einem Propyzamid-Produkt.
Zusätzlich trägt die Reduzierung von Metazachlor zum Wirkstofferhalt bei. Eine Senkung der Aufwandmenge auf maximal 500 g/ha Metazachlor reduziert automatisch die Menge nicht relevanter Metaboliten und trägt dazu bei, das „Risiko“ möglicher Versickerungen ins Grundwasser zu minimieren. Die Leistung der Kombi-Produkte ist bei der reduzierten Metazachlor-Menge gegenüber reinen Metazachlor-haltigen Produkten mit höherer Metazachlor-Menge gegen Acker-Fuchsschwanz gleichwertig, bei den meisten anderen Unkräutern überlegen.The evaluation of small plot trials of the last 20 years shows a dependence of the efficacy of metazachlor-containing herbicides against blackgrass of application date and application rate. The highest control levels with the lowest variation are achieved in pre-emergence. In the case of metazachlor solo products, they are 75% control at 500 g / ha of metazachlor and slightly more than 80% control at 750 g / ha of metazachlor. In post-emergence variation is higher due to different growth stages and the efficacies are often 5-10% lower on average.
Dimethenamid-P-containing herbicides without metazachlor (e.g., Tanaris®) also have a side effect on blackgrass. At 500 g / ha of dimethenamid-P, it is on average 60-65% control and is not as much decreasing in post-emergence compared with metazachlor.
The combination of 500 g / ha dimethenamid-P and 500 g / ha metazachlor, as present in the products Butisan® Gold and Butisan® Kombi, achieves the same results in terms of efficacy and variation as 750 g / ha metazachlor solo. The reduction of the metazachlor application rate from 750 g / ha to 500 g / ha is thus fully compensated for by the addition of dimethenamid-P in terms of blackgrass efficacy.
Ideally, winter rape should be used in crop rotation to reduce the blackgrass population by preventing seed production. The required high efficiencies can be achieved with spray sequences consisting of Butisan® Gold / Butisan® Kombi followed by Focus® Active Pack (if there is no ACCase target site resistance) or a propyzamide product.
In addition, the reduction of metazachlor contributes to the sustainable use of the active ingredient. Lowering the application rate to a maximum of 500 g / ha metazachlor automatically reduces the amount of non-relevant metabolites and helps to minimize the "risk" of possible infiltration into the groundwater. The performance of the combination-products with reduced metazachlor level is similar compared to metazachlor solo products with higher metazachlor rates against blackgrass and superior against most other weeds
Transferability of a random forest model for resistance prediction between different regions in Europe
Get PDFHerbizide sind eine wichtige Komponente der integrierten Unkrautbekämpfung (IWM) in der modernen Landwirtschaft. Entscheidungshilfesysteme zur Bewertung des Risikos einer Resistenzentwicklung können in hohem Maße dazu beitragen, die beste IWM-Strategie zu wählen, die an die lokale Situation vor Ort angepasst ist. In einer vorherigen Studie (Herrmann et al., 2016) wurde ein „Random Forest“ Vorhersagemodell zur Bewertung des Risikos für das Auftreten von Resistenzen in Alopecurus myosuroides (ALOMY) Populationen in Süddeutschland erstellt, das auf langjährigen Schlaghistorien beruht. In der vorliegenden Studie wurde die Übertragbarkeit des Vorhersagemodells in Bezug auf Regionen und vergleichbare Unkräuter anhand eines ähnlichen Datensatzes aus einer Region in Nordfrankreich analysiert. Die französischen Daten enthalten auch Informationen zu Lolium spp. (LOLSS, hauptsächlich Lolium perenne). Die deutschen und französischen Daten wurden durch Austausch von Test- und Trainingsdaten einem Kreuzvalidierungsverfahren unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass von Trainingsdaten aus Deutschland akzeptable Vorhersagen für Frankreich erhalten werden können und umgekehrt. Der Resistenzstatus von Proben von Lolium spp. aus Frankreich kann mit einer guten Genauigkeit anhand eines gemeinsamen Trainingssatzes von Proben von A. myosuroides aus Deutschland und Frankreich vorhergesagt werden.Herbicides are an important technology in the Integrated Weed Management (IWM) tool box aiming to control weeds in modern agriculture. Prediction tools to evaluate the risk of resistance evolution will greatly help to choose the best IWM strategy adapted to the local field situation. In a previous work (Herrmann et al., 2016) a random forest risk assessment model based on a data set comprising field history, management, and resistance status of Alopecurus myosuroides populations in Southern Germany was created. In this study transferability of the model with respect to regions and comparable weeds was analysed based on a similar dataset from a region in Northern France. The data from France also contained information on Lolium spp. The data related to Germany and France were subjected to a cross-validation procedure by interchanging test and training data. Results showed that acceptable predictions can be obtained for training data from Germany applied to France and vice versa. Resistance status in LOLSS samples from France can be predicted with a good accuracy based on a combined training set of A. myosuroides samples from Germany and France