Jürgen Schwarz

Soil organic matter balances in organic versus conventional farming—modelling in field experiments and regional upscaling for cropland in Germany

The question of whether organic farming leads to higher soil organic matter (SOM) levels in arable soils compared with conventional farming is an ongoing debate. Building on several studies reported in the literature, we hypothesize that the impact on SOM levels is not an intrinsic characteristic of any farming system but is the result of the actual structure of the farming system, in particular, the composition and management of crop rotations, and the availability and utilization of organic manure. The SOM balances for organic versus conventional farming in Germany are compared by considering data on the structure of organic and conventional farming systems from agricultural census reports and then applying the SOM balance model HU-MOD. Preliminary testing confirmed the applicability of the model using a survey on soil organic carbon (SOC) change and SOM balances in four long-term field experiments in Germany and Switzerland and found that more positive SOM balances coincided with higher SOC levels. We therefore conclude that, where the SOM supply level of organic farming systems is higher than in conventional management, a shift from conventional to organic agriculture would increase SOM levels. Upscaling using agricultural census data in Germany, we found that SOM balances of organic farming were more positive than for conventional farming in the scenarios without consideration of animal manure application, but SOM balances for the two systems were not different where animal manure application rates were assumed to be at the current average rate for all cropped land. However, in fact, animal manure availability and application shows strong regional variations, and it is likely that this would affect the mean cropland SOM balance if it were possible to calculate it based on such spatially disaggregated data. We confirm the applicability of simple SOM balance models to compare the impact of farming systems and cropland structures on SOC levels. More work is needed to develop data inputs at a sufficient spatial and structural resolution to support more detailed evaluation.

Auswirkung mehrjähriger pflugloser Bodenbearbeitung auf denAuflauf von Durchwuchsgetreide in Winterraps

Recent studies on endophytic Kosakonia radicincitans DSM 16656T demonstrated a wide plant growth-promoting activity. The application of this Gram-negative bacterium as a biofertilizer is limited due to the lack of adequate formulation that protects the cells during drying and storage and supports plant colonization. Here we set out to elucidate the compatible solutes accumulation influence of K. radicincitans triggered by osmotic stress on its capacity as an endophyte in radish plants. We found that physiological modifications by osmotic stress treatments and accumulation of compatible solutes during cultivation, improve the capability of K. radicincitans formulated in dry beads to colonize and to promote radish growth. Thus, pre-conditioning of cells with NaCl 4% and by adding compatible solutes such as hydroxyectoine during cultivation induced a positive effect on relative gene expression response, enhancing significantly the ability to colonize plant tissue up to 10 fold. Additionally, when this osmolyte was added, either dry matter of tuber or leaves increased by 3 % and 13.59 %, respectively in comparison to beads without the bacterium. These first results indicate that a systematic approach to cultivation and formulation may increase the endophytic capacity of this bacterium.

Steigerung der Stickstoffeffizienz durch gezielten Fungizideinsatz –Ergebnisse eines Dauerfeldversuchs

Recent studies on endophytic Kosakonia radicincitans DSM 16656T demonstrated a wide plant growth-promoting activity. The application of this Gram-negative bacterium as a biofertilizer is limited due to the lack of adequate formulation that protects the cells during drying and storage and supports plant colonization. Here we set out to elucidate the compatible solutes accumulation influence of K. radicincitans triggered by osmotic stress on its capacity as an endophyte in radish plants. We found that physiological modifications by osmotic stress treatments and accumulation of compatible solutes during cultivation, improve the capability of K. radicincitans formulated in dry beads to colonize and to promote radish growth. Thus, pre-conditioning of cells with NaCl 4% and by adding compatible solutes such as hydroxyectoine during cultivation induced a positive effect on relative gene expression response, enhancing significantly the ability to colonize plant tissue up to 10 fold. Additionally, when this osmolyte was added, either dry matter of tuber or leaves increased by 3 % and 13.59 %, respectively in comparison to beads without the bacterium. These first results indicate that a systematic approach to cultivation and formulation may increase the endophytic capacity of this bacterium.

Der Inlandsabsatz von Pflanzenschutzmitteln im Hinblick auf verschiedene Maßzahlen zur Bewertung der Intensität

Recent studies on endophytic Kosakonia radicincitans DSM 16656T demonstrated a wide plant growth-promoting activity. The application of this Gram-negative bacterium as a biofertilizer is limited due to the lack of adequate formulation that protects the cells during drying and storage and supports plant colonization. Here we set out to elucidate the compatible solutes accumulation influence of K. radicincitans triggered by osmotic stress on its capacity as an endophyte in radish plants. We found that physiological modifications by osmotic stress treatments and accumulation of compatible solutes during cultivation, improve the capability of K. radicincitans formulated in dry beads to colonize and to promote radish growth. Thus, pre-conditioning of cells with NaCl 4% and by adding compatible solutes such as hydroxyectoine during cultivation induced a positive effect on relative gene expression response, enhancing significantly the ability to colonize plant tissue up to 10 fold. Additionally, when this osmolyte was added, either dry matter of tuber or leaves increased by 3 % and 13.59 %, respectively in comparison to beads without the bacterium. These first results indicate that a systematic approach to cultivation and formulation may increase the endophytic capacity of this bacterium.

Effect of different soil cultivation methods on the emergence of Apera spica-venti

Minimum tillage, i.e. without plowing the soil, is practiced on about 40% of the arable fields in Germany. The effects on the long run of this soil cultivation are investigated in a long-term field trial. Since autumn 2007 two different soil cultivation methods are investigated in a long-term field trial, among other things, for the emergence of Apera spica-venti before herbicide control. The experimental fields are located in Germany, in the federal state of Brandenburg, about 50 km from Berlin. The crop rotation consists of winter oilseed rape, winter wheat, winter rye, winter barley, winter triticale, peas and maize. The plots were treated with herbicide since the start of the field trial in 1995. Weeds were counted before herbicide application in autumn or spring. For each plot 4 points with an area of 0.25 m² were investigated and both weed number and species were determined. The results show that the median of Apera spica-venti plants spans from 9 (year 2013) to 55 (2010) plants per m² in cereals crop plots with plowing. For the plots without plowing the median ranges between 18 (2009) and 140 (2017) Apera spica-venti plants per m². In plots without plowing the numbers of emerging Apera spica-venti plants has been rising since the year 2007.

Effects of crop rotation, herbicide application and nitrogen on the emergence of Vicia spp.

A long term field trial regarding crop rotations, application of fertilizer and pesticides was established in 1998 at the Julius Kuhn-Institute experimental field in Dahnsdorf. The experimental field is located in the state of Brandenburg (Germany) about 50 km from Berlin. The long-term field trial consists of two crop rotations: (A) peas – winter barley – winter rye – white clover (for some years fallow) - winter barley – winter rye and (B) continuous cropping of winter rye. In both crop rotations the experimental treatments are: 1) no fertilizers - no pesticides, 2) no fertilizers - pesticides, 3) fertilizers - no pesticides and 4) fertilizers – pesticides. Weeds are counted in autumn or spring; in the treatments with herbicide application also before herbicide application. Both weed species and number are determined. The influence of the crop rotation regarding the weed infestation was strongest for treatment 1) and declined with fertilizer and pesticide use. The crop rotation (A) generally showed lower Vicia spp. infestation, while the continuous cropping of winter rye (B) promoted Vicia spp.. The infestation was very different throughout the years. The numbers per m² ranged from 0 up to 144.8 in treatment (B) (continuous cropping of winter rye) with no fertilizers and no pesticides (1).

Auswirkung reduzierter Herbizidaufwandmengen bei pflugloser Bodenbearbeitung auf den Unkrautauflauf

Die pfluglose Bodenbearbeitung wird in Deutschland auf 40 % der Ackerflache angewandt. In einem Dauerfeldversuch in Dahnsdorf (Brandenburg) werden die langfristigen Auswirkungen der nichtwendenden Bodenbearbeitung auf den Unkrautauflauf untersucht. Dabei werden auch reduzierte Herbizidaufwandmengen getestet. Die Anwendung von Glyphosat auf der Stoppel bei der pfluglosen Bodenbearbeitung ist dabei nicht immer notwendig. Die ehemalige Fruchtfolge (67 % Getreide oder 50 % Getreide) hat auf den Unkrautauflauf auch nach sieben Jahren Einfluss. Der Unkrautauflauf in der Fruchtfolge mit ehemals 50 % Getreide ist meistens geringer. Nach vier Jahren zeigt die pfluglose Bodenbearbeitung einen starkeren Einfluss auf den Unkrautauflauf. Der Unkrautauflauf ist in der pfluglosen Variante starker. Die gleichzeitige Anwendung reduzierter Herbizidaufwandmenge verstarkt diesen Effekt nicht. Bei Apera spica-venti ist Ahnliches festzustellen, allerdings sind hier die Auflaufbedingungen im Herbst entscheidend. Effect of reduced herbicide amounts with minimum tillage systems on weed infestation Minimum tillage, mainly soil cultivation without ploughing is used in Germany on 40% of arable land. In a long-term field trial in Dahnsdorf (federal state of Brandenburg, Germany) the impact of reduced tillage on weed occurrence is investigated. At the same time reduced herbicide amounts are also tested. The use of glyphosate for seedbed preparation is not always necessary. The former crop rotation (67% cereals or 50% cereals) has even seven years later a big influence on the weed occurrence. The weed occurrences are lower for the crop rotation with the former 50% cereals. After four years the minimum tillage shows a larger effect of weed infestation. For the non ploughed variants it is higher. If reduced herbicide amounts are used at the same time the effect will increase even more. Results for Apera spica-venti are similar, although the conditions for germination in autumn are also relevant.

Ertragsentwicklung von Winterroggen unter dem Einfluss von Fruchtfolge, Düngung und Pflanzenschutz in einem Dauerfeldversuch

Die Daten der Vergleichsbetriebe stellen den Status quo im Pflanzenschutz in Deutschland dar. Der Behandlungsindex in Mohre und Frischkohl betrug im Durchschnitt der Jahre (2007-2014) bei 6,2 bzw. 9,2. Mohren wurden vorrangig mit Herbiziden und Frischkohl mit Insektiziden behandelt. Unter dem Aspekt des Pflanzenschutzes und zur Reduktion der Behandlungsintensitat mit Insektiziden kann Abbildung 1: Behandlungsindex der Herbizide (Herbizid-BI) in Abhangigkeit der Vorfrucht in den Vergleichsbetrieben fur Mohre, 2007-2014, in Deutschland, ungleiche Buchstaben symbolisieren signifikante Unterschiede (p<0,05), nBlattfrucht=58, nGemuse=28, nHalmfruchte=115 208 72. ALVA-Tagung, Seminarhotel Wesenufer, 2017 der Fruhkohlanbau empfohlen werden. Im Kohl- und Mohrenanbau konnen Halmvorfruchte Schadlingsbefall vorbeugen. Die Mittelaufwandmengen wurden vorrangig bei Herbizidanwendungen reduziert In beiden Kulturen wurden Abweichungen vom notwendigen Mas verzeichnet. Die Pflanzenschutzberatung sowie die regelmasige Durchfuhrung von Bonituren konnen Pflanzenschutzmittelanwendungen dem notwendigen Mas naher bringen und die Umsetzung des IPS in der Praxis verbessern. Fur die Ausschopfung nichtchemischer Masnahmen sind Praxisdemonstrationen und der intensive Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis notig, genauso wie Forschungsforderung zur Entwicklung neuer und Optimierung bestehender integrierter Verfahren und neuer Wirkstoffe. Vorbildhaft wird der IPS von den Demonstrationsbetrieben u. a. in den Kulturen Mohre und Weiskohl, seit 2014 umgesetzt. Die Betriebe werden individuell und intensiv betraten, um Pflanzenschutzmittelanwendungen auf das notwendige Mas zu beschranken. Hierfur werden Bonituren unter Nutzung von Schadschwellen, Warndiensthinweisen und Monitoringverfahren durchgefuhrt.

Versuchsfeld Dahnsdorf - 15 Jahre agrarmeteorologische Messungen Teil 3: Niederschlagshöhe

Im betrachteten Zeitraum (1998 bis 2012) fielen auf dem Versuchsfeld in Dahnsdorf durchschnittlich 608,8 mm Niederschlag pro Jahr. Das waren jahrlich fast 100 mm (+19,5%) mehr als im Normalwert-Zeitraum 1961/90 an der Vergleichsmessstelle Treuenbrietzen (509,2 mm). Die Jahressummen variierten stark zwischen 392,4 mm (2003) und 786,7 mm (2007). Im Betrachtungszeitraum alternierten die mittleren Monatssummen des ersten Halbjahres im Vergleich zum langjahrigen Normalwert; die des zweiten Halbjahres lagen durchweg uber dem Vergleichswert. Die einzelnen Monatssummen variierten sehr stark: Ihr Wertebereich lag zwischen 0,6 mm (April 2007) und 191,8 mm (August 2002). Die mittleren Tagessummen wurden stark durch extreme Werte in Einzeljahren gepragt. Grundsatzlich sind im Jahresgang zwei Maxima (Sommer und Winter) sowie zwei Minima (Fruhjahr und Herbst) erkennbar. Etwa die Halfte der Tage war niederschlagsfrei. Deren monatlicher Anteil variierte zwischen 43,2% (November) und 59,8% (September). Sehr hohe Tagessummen traten vorrangig in den Sommermonaten auf. An vier Tagen waren es mehr als 50 mm. Als maximale Tagessumme wurden 68,2 mm (04.08.2002) registriert; an diesem Tag fielen in einer Stunde 41,6 mm (12:50 bis 13:50 Uhr MEZ) und in zehn Minuten 23,6 mm (13:10 bis 13:20 Uhr MEZ). Im Verlauf der Jahre war eine Zunahme der Zahl der Tage mit Tagessummen ≥ 2,0 mm nachweisbar. Gleichzeitig erhohte sich die Zahl der Tage ohne Niederschlag. Die langste Trockenperiode wahrte 33 Tage (04.04. bis 06.05.2007); zwei weitere Trockenperioden dauerten mehr als 20 Tage.

Themenspektrum der Herbologie in Deutschland – dargestellt am Beispiel der „Unkrauttagung“ von 1955 bis 2012

Unkrauter wurden schon fruh als storende Begleiter des Ackerbaus beschrieben. Die direkte Bekampfung erfolgte mechanisch, bis in den 1940er Jahren selektive Herbizide entdeckt wurden. Im Zuge dessen wurde auch die Unkrautforschung ausgedehnt. Um das behandelte Themenspektrum der Herbologie in Deutschland herauszuarbeiten, wurden die Tagungsbande der „Deutschen Arbeitsbesprechung uber Fragen der Unkrautbiologie und -bekampfung“, kurz „Unkrauttagung“, von 1955 bis 2012 durchgesehen. Die bisher 25 stattgefundenen Unkrauttagungen behandelten in 159 Sektionen 1.639 Beitrage. Aus dieser Fulle werden einige Schwerpunkte und Besonderheiten dargestellt. In den 1950er und 1960er Jahren wurde der Flughafer (Avena fatua) als bedeutsames Unkraut stark thematisiert. Die unerwunschten Nebenwirkungen von Herbiziden ruckten in den spaten 1960er Jahren in das Interesse der wissenschaftlichen Betrachtung und werden immer noch thematisiert. In den 1990er Jahren wurde verstarkt uber Computermodelle in der Unkrautbekampfung berichtet, ab dem Jahr 2002 lies dies wieder nach. Auch die Auswirkungen der Agrarpolitik, anhand der Flachenstilllegungen, fanden sich anfangs der 1990er Jahr als Themenkomplex wieder. Seit dem Jahr 1994 wird uber Themen des Precision Farming regelmasig referiert, ab dem Jahr 2000 durchgehend mit einer eigenen Sektion.