Warum Pflanzen besser zusammen wachsen. Prof. Dr. Roland Gerhards, Universität Hohenheim, Fachgebiet Herbologie

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1 Warum Pflanzen besser zusammen wachsen Prof. Dr. Roland Gerhards, Universität Hohenheim, Fachgebiet Herbologie

2 Gliederung Fruchtfolge vs. Monokultur Anbausysteme im Pflanzenbau Interaktionen Pflanze-Pflanze und Regeln des Zusammenlebens bei Pflanzen

3 Klapp, E. (1941): Lehrbuch des Acker- und Pflanzenbaues Fruchtfolge

4 Faustzahlen für den Landwirt (1980) Fruchtfolge

5 Baeumer, K. (1992): Allgemeiner Pflanzenbau Fruchtfolge: Schaderreger

6 Baeuemer, K. (1992): Allgemeiner Pflanzenbau Fruchtfolge: Schaderreger

7 Nutzen einer Fruchtfolge Tragfähigkeit der Böden steigern Bodenlebewesen fördern, Nährstoffe erhalten und binden Halm-Halmfrucht vermeiden, Blatt-Blattfrucht möglich, Wechsel Halm-Blattfrucht optimal Hauptkulturfreie Zeiten mit Zwischenkulturen ausnutzen Unkraut unterdrücken Fusarien keine Chance geben: Mais - Weizen/Triticale in der Fruchtfolge vermeiden, Anbauversuch zu Auswirkungen von Fruchtfolge und Monokultur: Auf dem Feld im Vordergrund wird die Norfolk-Fruchtfolge (Kartoffeln-Hafer-Erbsen-Roggen) angewandt (im Bild v.l.n.r.: Erbsen-Kartoffeln-Hafer-Roggen), auf dem Feld im Hintergrund wird seit 45 Jahren nur Roggen angebaut. (Bild: Landwirtschaftlicher Versuchsbetrieb Swojec der Naturwissenschaftlichen Universität Breslau)

8 Monokultur sind die Regel Sommerweizen in Australien und im Norden Amerikas Mais im Mittelwesten der USA, Mittelamerika, Teile Europas Reis in Asien Winterweizen in großen Teilen Europas, Abhängigkeit vom chemischen Pflanzenschutz Unkrauthirsen und red rize in Reis Kropff 2008

9 Gründe für den Anstieg der Populationen von Alopecurus myosuroides und Apera spica-venti Frühe Aussaattermine von Winterweizen teilweise schon Anfang September, was die Keim- und Wachstumsbedingungen für Acker- Fuchsschwanz verbessert. Anbau von kurzstrohigen Sorten, die wenig Konkurrenzkraft gegenüber Ungräsern, wie z.b. Acker-Fuchsschwanz und Windhalm (Apera spica-venti) aufweisen. Hoher Anteil an Winterrungen (ca. 75%), insbesondere Wintergetreide und Winterraps in der Felderfolge, was die Ausbreitung von winterannuellen Unkrautarten fördert. Weniger Untersaaten, Zwischenfrucht- und Futterbau, mit denen Unkräuter wirksam unterdrückt werden können. Reduzierte Bodenbearbeitung mit vermindertem Einsatz von Pflug und Stoppelbearbeitung, die beide wirksam Unkräuter bekämpfen Kürzere Vegetationszeiten durch Temperaturanstieg

10 Mulchsaat beim Verfahren Roudup Ready in Soja

11 CONSERVATION TILLAGE FARMING HELPS REDUCE TOPSOIL EROSION Conventional farmland is plowed to control weeds, which can leave the ground exposed to wind and water erosion. Conservation tillage farming uses less plowing, or in some cases, no plowing at all. These farming practices reduce erosion that carries soil into the air and water

12 Engineering Glyphosatresistant crops (WATSON, 2000).

13 Comparison of environmental effects of HRCs with weed management methods in non-hrcs* Environmental factor Non-HRC HRC Soil loss higher lower Herbicides in water higher lower Fossil fuel use higher lower Pesticide use ± same ± same Soil compaction higher lower *Generalizations from Bennett et al., 2004; Duke & Cerdeira; and Nelson and Bullock, 2003.

14 Streifenanbau

15 Traditioneller Mischanbau (Mais- Amaranth oder Multi-line varieties)

16 Mischanbau im Gemüsebau Kropff 2008

17 Zwischenfruchtanbau reckenberg-gruppe.de

18 Was sind Zwischenfrüchte? Als Zwischenfrucht bezeichnet man eine Feldfrucht die zwischen anderen zur Hauptnutzung dienenden Feldfrüchten als Gründüngung oder zur Nutzung als Tierfutter angebaut wird. Der Begriff Zwischenfrucht ist hierbei unabhängig von einer bestimmten Gruppe an Pflanzenarten. So können auch Kulturpflanzen wie z.b. Roggen oder Raps als Zwischenfrucht angebaut werden. Sie sollen die Bodenfruchtbarkeit, Wasserqualität fördern und Pflanzenkrankheiten und Unkräuter unterdrücken

19 Zwischenfruchtarten Am häufigsten angebaute Zwischenfrucht in Deutschland Wird vor allem zur Stickstoffspeicherung sowie zur Krankheitsbekämpfung angebaut. Quelle:

20 Zwischenfruchtarten Sehr schnelle vollständige Bodenbedeckung Friert jedoch schon bei leichten Frösten ab. Quelle:

21 Zwischenfruchtarten Anbau häufig zusammen mit Welschem Weidelgras (Lolium multiflorum) und Zottelwicke (Vicia villosa) als Landsberger Gemenge. Weidelgras (30 kg/ha) / Zottelwicke (21 kg/ha) / Inkarnatklee (9 kg/ha) Quelle:

22 Anforderungen an Zwischenfrüchte zur Unterdrückung von Unkraut Zügige Keimung unter verschiedenen Standortbedingungen Schnelles Wachstum, hohe Biomassebildung Vollständige Beschattung der Bodenoberfläche Später Eintritt in die generative Entwicklungsphase Keine Anfälligkeit/Übertragung von Krankheiten der Hautfrucht

23 Unkraut-Unterdrückung mit Zwischenfrüchten 17. Oktober März 2002 Frischmasse (kg) Anzahl Frischmasse (kg) Trockenmasse (kg) Anzahl Kontrolle 1,54 a 122,1 a 1,61 ab 0,87 ab 49,7 a Inkarnat-Klee 0,20 a 30,2 b 0,60 b 0,34 b 31,5 ab Gelbklee 0,74 a 32,9 b 0,54 b 0,27 b 4,7 ab Roggen & Winter-Erbse 1,01 a 40,3 b 2,95 ab 1,68 ab 34,2 ab W. Weidelgrass 1,01 a 42,3 b 0,13 b 0,07 b 5,4 b Sudangras 1,14 a 47,0 b 1,21 ab 0,74 ab 32,9 ab P-Wert 0,2254 0,0053 0,0001 0,0002 0,0223 Quelle: verändert nach Miles et. al. (2003)

24 Was ist eine Untersaat Als Untersaaten bezeichnet man Pflanzenarten welche auf der selben Fläche wie eine zuvor erntereifen Hauptfrucht (auch als Deckfrucht bezeichnet) ausgesät werden. Die Aussaat von Untersaaten kann gleichzeitig mit der Aussaat der Hauptfrucht oder anschließend in den bereits bestehenden Hauptfruchtbestand hinein erfolgen.

25 Untersaat-Arten Durch niedrigen Wuchs sehr gute Untersaat in Sommergetreide Am häufigsten verwendete Leguminose zur Verwendung als Untersaat Quelle:

26 Untersaat im Mais Quelle: DSV

27 Unterdrückung annueller Unkräuter Quelle: Ruff (2010)

28 Untersaat Weißklee 14 Tage nach der Aussaat

29 Kombination von Striegel mit Aussaat von Untersaaten

30 Untersaat 14 Tage nach der Ernte von Dinkel 2010

31 Unkräuter schaffen auch Biodiversität + stellen eine wichtige Quelle der Biodiversität dar.

32 Invasive Unkräuter auch? Abutilon theophrasti bei Prague (Bördner 2004) Heracleum mantegazzianum (Soukup 2006)

33 Interaktionen zwischen Pflanzen Konkurrenz: negative Beeinflussung zwischen Pflanzen eines Bestandes Koexistenz: keine Beeinflussung zwischen Pflanzen eines Bestandes Parasitismus: positive Wirkung für einen Partner des Pflanzenbestandes durch Schädigung des anderen Kooperation: Zusammenleben zum Nutzen beider Partner

34 Konkurrenz Konkurrenz um abiotische Ressourcen (Licht, Wasser, Nährstoffe,...) Vorbeugende Reaktionen der Pflanzen auf Konkurrenz Biochemische (Allelopathie) Physikalische Beeinflussung (Kletterpflanzen in Getreide z.b. Galium aparine, Vicia spp., Fallopia convolvulus)

35 Konkurrenz um Licht Die Quantität des Lichtes bestimmt Wachstum (BFI) Die Qualität des Lichtes regelt Wachstumsprozesse (Keimung, Übergang in generative Phase) konkurrenzstarke Unkräuter können Kulturpflanzen beschatten (hohe Wachstumsraten, klettern, ranken,...) Höhe, Deckungsgrad, Zeitpunkt des Auflaufens und Blattstellung bestimmen Konkurrenzkraft

36 Bei warmer Witterung im Mais auflaufende Arten: Weißer Gänsefuß (R) Vogel-Knöterich Floh-Knöterich Winden-Knöterich (R) Schwarzer Nachtschatten (R) Gemeine Hühnerhirse Starke Unkrautkonkurrenz um Licht, Wasser und Nährstoffe im Jugendstadium

37 Mehrerträge durch die Bekämpfung von Ackerfuchsschwanz und breitblättrigen Unkräutern in Winterweizen in der Frühsaatvariante; Behandlungen bezogen auf die unbehandelte Kontrolle in 2006: 71,7 dt/ha, 2007: 66,1 dt/ha, 2008: 54,1 dt/ha, : 64,0 dt/ha Mehrertrag dt/ha Malibu Herold SC; Atlantis OD Atlantis OD + Bacara Lexus + Stomp SC

38 Kommunikation zwischen Pflanzen Pflanzen erkennen ihre Nachbarn Pflanzen senden Signale an ihre Nachbarn Pflanzen regeln ihr Wachstum in Abhängigkeit von der Nachbarschaft

39 Zeitbezogene Schadensschwelle

40 Signalübertragung von Unkraut auf Kulturpflanzen (Swanton et al. 2011) Im frühen Entwicklungsstadium nehmen Pflanzen Konkurrenten in direkter Umgebung über Phytochrom B wahr. Pflanzen reflektieren IR wodurch das Verhältnis IR/R durch Unkräuter in der Nachbarschaft von aufgelaufenen Kulturpflanzen (Mais und Sojabohne) steigt. Die Reaktion der Kulturpflanzen auf Unkraut über dieses Signal ist in drei Prozesse aufgeteilt: 1. Shade avoidance strategy (bis etwa zum 8- Blattstadium): erhöhte Sprosslänge, Blätter drehen sich von Unkräutern weg, Photosyntheserate vermindert, Blattflächenindex gleich, Kronwurzeln kaum ausgebildet, Wurzelbiomasse vermindert, Gesamtbiomasse vermindert

41 Phytochrome als Signalrezeptor Swanton 2012

42 Signalübertragung von Unkraut auf Kulturpflanzen (Swanton et al. 2011) 2. Blüte verzögert und ungleichmäßiger, Stresstoleranz (z.b. Trockenheit) geringer 3. Zahl der Körner je Kolben geringer, Kornertrag vermindert: bei Unkrautfreiheit ab Auflaufen der Maispflanzen: 563 Körner je Kolben, 10.7 t/ha; unkrautfrei ab 4-Blattstadium: 531 Körner je Kolben, 10.3 t/ha, unkrautfrei ab 8-Blattstadium: 491 Körner je Kolben, 8.5 t/ha Langsam wirkende und spät eingesetzte Herbizide (z.b. Glyphosat, ALS-Inhibitoren, Glufosinat setzen diese drei Prozesse in Gang und führen zu den beschriebenen Ertragsverlusten, ohne dass es zu einer messbaren Konkurrenz um Licht, Wasser oder Nährstoffe kam.

43 Allelopathie Reaktion einer Pflanze auf die Ausscheidung biochemischer Substanzen einer anderen Pflanze (Rice, 1984) normalerweise verhindern oder verzögern diese Substanzen die Keimung, Wachstum oder Entwicklung von Organen Solche Allelochemicals sind z.b. Alkaloide, Benzoxazinone, Zimsäurederivate, Kumarine, cyanogene Substanzen, Flavonoide, Polyacethylene, Quinone und Terpene meist erfolgt die Aufnahme über die Wurzel

44 Allelopathie (nach Belz und Hurle, 2004) induction chemical defense volatiles crop weed exudate compounds

45 Effekt unterschiedlicher Dosierungen eines wässrigen Extraktes aus der Wurzel von Hanf auf die Wurzellänge Salat 1 = Kontrolle Wasser, 2 = ¼ Dosis, 3 = ½ Dosis, 4 = volle Dosis, 5 = Nährlösung

46 Schlussfolgerungen Jede Form der Vielfalt im Pflanzenbau erhöht und sichert die Erträge Pflanzen können kommunizieren und auf Signale reagieren.