Incorporating agronomic measures into integrated weed management strategies using pre-emergence herbicide cinmethylin to control Alopecurus myosuroides Huds.

Abstract

Alopecurus myosuroides Huds. is one of the most problematic grass weeds in cereal production in Western Europe. This grass weed spread rapidly due to the repeated and intensive use of herbicides with the same mode of action and changes in arable cropping and tillage systems. Herbicide applications are the common agricultural practice for successful control of A. myosuroides due to its high flexibility and low cost. However, due to European and national restrictions and the growth of herbicide-resistant populations, farmers are forced to reduce herbicide use to minimize chemical impacts on the environment and food chain. As a holistic approach for reducing herbicide use, integrated weed management (IWM) is a diversification of the control strategy of A. myosuroides. In this thesis, several aspects of IWM were examined and combined to test for a successful A. myosuroides control strategy in winter cereals. Special attention was paid to cinmethylin, a pre-emergence herbicide with a new mode of action in winter cereals to control A. myosuroides. The first article comprised the development of an agar bioassay sensitivity test to determine sensitivity differences in A. myosuroides populations to pre-emergence herbicides containing flufenacet and the re-discovered substance cinmethylin. All of the tested populations did not show reduced sensitivity to cinmethylin, but differences in resistance factors were observed between the agar bioassay sensitivity test and the standard whole plant pot bioassay in the greenhouse. Nevertheless, it was possible for the most part to confirm the results for cinmethylin and flufenacet of the standardized greenhouse whole plant pot bioassay in the agar bioassay sensitivity tests and hence create a reliable, faster test system. The second article focused on cultural measures like cover crop mixtures, various stubble tillage methods and glyphosate treatments and their effect on total weed infestation in particular on A. mysouroides and volunteer wheat. Within two field experiments, the cover crop mixtures and the dual glyphosate application achieved a control efficacy of A. myosuroides of up to 100%, whereas stubble tillage and the single glyphosate treatment did not reduce A. myosuroides population significantly. The results demonstrated, that besides a double glyphosate application, well developed cover crop mixtures have a great ability for weed control, even for A. myosuroides. The third article also dealed with the combination of cultural measures (delayed seeding) and herbicide application and their influence on A. myosuroides control efficacy and yield response of winter wheat and triticale. Results indicate that cultural methods such as delayed seeding can reduce A. myosuroides populations up to 75%, although to achieve control efficacy of > 95%, supplementary herbicides should be used. In the fourth article, a two-year experiment on two experimental sites was set up with a special focus on stubble tillage methods, glyphosate application and the application of the pre-emergence herbicide cinmethylin in two rates. Control efficiencies of 99-100% were achieved by ploughing, double glyphosate application or via false seedbed preparation, each in combination with a cinmethylin application. In the last article, over a period of three years the new pre-emergence herbicide cinmethylin was tested in combination with stubble treatments and delayed drilling of winter annual cereals in winter wheat and winter triticale in Southwestern Germany. Cinmethylin controlled 58-99% of A. myosuroides plants until 120 days after sowing. Additive and synergistic effects of cinmethylin and delayed drilling were found for all studies. In this study, the focus was set on monitoring, cultural and direct weed control methods. Considering especially A. myosuroides, a diverse control strategy needs to be implemented to ensure a sustainable and reduced herbicide use, high control levels, minimized crop damage, safeguarded grain yields and reduced risk of resistance development. However, IWM measures imply increased system complexity, which may make their adoption by farmers difficult. Nevertheless, the results show that cinmethylin can be successfully used for weed control systems in combination with different stubble tillage methods, glyphosate application, delayed seeding, or herbicide sequences and mixtures, making it a valuable tool in integrated weed and resistance management strategies with its novel and unique mode of action.

Alopecurus myosuroides Huds. ist eines der problematischsten Grasunkräuter im Getreideanbau in Westeuropa. Der verstärkte Anbau von einjährigen Winterkulturen, der wiederholte Einsatz von Herbiziden mit gleichen Wirkmechanismen, reduzierte Bodenbearbeitung und frühe Aussaattermine von Getreide führen zu steigenden Populationsdichten von A. myosuroides. In der landwirtschaftlichen Praxis wird häufig aufgrund ihrer hohen Flexibilität, Bekämpfungserfolge sowie den geringen Kosten auf Herbiziden zur erfolgreichen Bekämpfung von A. myosuroides zurückgegriffen. Durch die Zunahme an Herbizidresistenten Unkrautpopulationen, sowie durch europäische und nationale Beschränkungen sind die Landwirte gezwungen, den Herbizideinsatz zu reduzieren, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die Rückstände in Nahrungskette zu minimieren. Als ganzheitlicher Ansatz zur Reduzierung des Herbizideinsatzes und die damit verbundenen negativ Auswirkungen, stellt das integrierte Unkrautmanagement (IWM) eine Diversifizierung der Bekämpfungsstrategie von A. myosuroides dar. Um eine integrierte Bekämpfungsstrategie von A. myosuroides in Wintergetreide zu entwickeln, wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Aspekte von IWM einzeln untersucht bzw. kombiniert. Besondere Aufmerksamkeit wurde hierbei dem neuen Wirkstoff Cinmethylin geschenkt, welches durch seinen neuen Wirkungsmechanismus eine Erweiterung des Vorauflaufherbizidrepertoires in Wintergetreide zur Bekämpfung von A. myosuroides darstellt. Der erste Artikel befasst sich mit der Entwicklung eines Agar Biotests zur Bestimmung von Sensitivitätsunterschieden in A. myosuroides Populationen gegenüber den in Vorauflaufherbiziden enthaltenen Wirkstoffen Flufenacet und Cinmethylin. Alle getesteten Populationen zeigten keine reduzierte Sensitivität gegenüber Cinmethylin, dennoch wurden Unterschiede in den Resistenzfaktoren zwischen dem Agar Biotest und dem Standard Gewächshaus Biotest festgestellt. Die Ergebnisse des Gewächshaus Biotests konnten zum größten Teil für Cinmethylin und Flufenacet durch den Agar Biotest reproduziert werden und damit ein effizienteres Testsystem geschaffen werden. Der zweite Artikel konzentrierte sich auf vorbeugende Unkrautbekämpfungsmaßnahmen wie Zwischenfruchtmischungen, verschiedene Stoppelbearbeitungsmethoden und Glyphosatbehandlungen und deren Auswirkung auf die Unkrautbekämpfung, insbesondere auf A. myosuroides und Ausfallweizen. Die Ergebnisse zeigen, dass neben einer doppelten Glyphosatanwendung auch gut etablierte Zwischenfruchtbestände das Potential für einen hohen Unkrautbekämpfungserfolg von A. myosuroides bieten. Der dritte Artikel befasste sich mit der Kombination vorbeugender Unkrautbekämpfungsmaßnahmen (Früher-, Später-Saattermin) sowie dem Einsatz unterschiedlicher Herbizide. Die Ergebnisse zeigen, dass vorbeugende Bekämpfungsmaßnahmen wie die Spätsaat, die Bestandsdichte von A. myosuroides um bis zu 75% reduzieren konnte. Dennoch sollten zum Erreichen eines Bekämpfungserfolges von > 95% zusätzliche zur Wahl des Saattermines, Herbizide eingesetzt werden. Im vierten Artikel wurde über eine Periode von zwei Jahren auf zwei Standorten vier Feldversuche angelegt, bei dem die Kombination aus Stoppelbearbeitung, einer Glyphosatanwendung sowie die Anwendung des in Vorauflaufherbizid enthaltenen Wirkstoffs Cinmethylin in zwei Aufwandmengen im Vordergrund standen. Durch die Kombinationen von Cinmethylin mit pflügen, doppelter Glyphosatanwendung oder durch die Kombination mit einer falschen Saatbettbereitung konnten Bekämpfungserfolge von A. myosuroides von 99-100% erzielt werden. Im letzten Artikel wurde über einen Zeitraum von drei Jahren das neue Vorauflaufherbizid Cinmethylin in Kombination mit verschiedenen Stoppelbearbeitungsstrategien und einer verzögerten Aussaat von Wintergetreide in vier Feldversuchen mit Winterweizen und Wintertriticale im Südwesten Deutschlands getestet. Cinmethylin kontrollierte 120 Tage nach der Aussaat, 58-99 % der A. myosuroides-Pflanzen. Additive und synergistische Effekte von Cinmethylin und verzögerter Aussaat wurden in allen Studien festgestellt. In dieser Studie lag der Fokus auf dem Monitoring, vorbeugenden sowie chemischen Unkrautbekämpfungsmethoden. Konkret bedeutet dies, dass durch vorbeugende Bekämpfungsmaßnahmen vor der Aussaat der Hauptkultur ungünstige Wachstumsbedingungen für Unkräuter geschaffen wurden. IWM-Maßnahmen implizieren jedoch eine erhöhte Systemkomplexität, was ihre Akzeptanz durch die Landwirte erschweren kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Cinmethylin in Kombination mit verschiedenen Stoppelbearbeitungsmethoden, Glyphosatanwendungen, Spätsaat oder Herbizid Sequenzen/-mischungen zu nachhaltigen Bekämpfungserfolg führt. Cinmethlyin stellt mit seiner neuartigen und einzigartigen Wirkungsweise eine wertvolle Ergänzung für ein integriertes Unkraut- und Resistenzmanagement dar.