Weed suppression with cover crops and undersown crops in modern cropping systems

Abstract

The agronomic situation in Germany is characterized by a reduction of crop diversity within crop rotations, which is mainly a consequence of present economic conditions. This results in rare change between fall and spring seeded crops, combined with increasing weed populations. The integration of cover crops and undersown crops into such cropping systems could be a step to reduce the amount of herbicides during crop cultivation but also within a fallow period. The aim of this study was to determine the influence of cover crop and undersown crop cultivation on arable farming systems from the perspective of weed science. Furthermore it should be clarified in which way it is possible to integrate cover crops and undersown crops in intensive cropping systems. Within the cover crop topic this was done by the search for new cover crop species which are suitable for cultivation in Central Europe to expand the range of available cover crop species for lots of cropping situations and site conditions. Additionally the weed suppression ability of different cover crop species in fall and spring was analyzed to determine if it is possible to avoid a mechanical or chemical weed control prior seeding the next cash crop. Within the undersown crop topic the influence of different management practices on growth of undersown crop as well as growth and yield formation of the main crop was investigated. Furthermore, it was researched if it is possible to achieve a suppression of weeds by undersown crops. The conducted experiments relating the cover crop topic showed that from the new cover crop species especially tartary buckwheat, forage radish and lopsided oat are well suited for cultivation. The shoot and root growth of weeds could be effectively reduced by the successful establishment of a cover crop stand in fall. In plots of competitive cover crops like yellow mustard, oilseed radish, tartary buckwheat and lopsided oat, no further growth of weeds and volunteer cereals occurs after the first measurement in fall four weeks after cover crop planting. The weed-suppressing effect of cover crop cultivation was measurable not only in fall during growth, but also in spring after freezing of cover crops. Especially in plots of late freezing cover crop species like oilseed radish and phacelia only a very reduced plant density or even no living weeds and volunteer grains were observed. The conducted experiments relating the undersown crop topic demonstrate that it is possible to integrate undersown crops in high yielding cereal cropping systems without decreasing growth and yield formation of the main crop. During the four conducted field experiments, a reduction in grain yield was only observed when perennial ryegrass was seeded at the three leaves stage of spring wheat and grew under sufficient nitrogen conditions. The study shows that undersown crops are able to reduce weed density during main crop growth. However, the habitus of weeds was an important factor influencing the weed suppression ability of undersown crops. Undersown crops were able to reduce the density of small growing weed species such as Veronica persica while density of high-growing weeds like Chenopodium album were not affected. The experiments in this study offer that is possible to successfully integrate cover crops and undersown crops into modern agricultural systems without reducing their productivity. Furthermore it was demonstrated that due to the cultivation of cover crops and undersown crops it is possible to control the growth of weeds not only during but also between cash crop vegetation. By these methods, under certain conditions a reduction of the required amount of herbicides is possible, which can be a contribution to a more sustainable food production.

Die ackerbauliche Situation in Deutschland ist geprägt durch eine Verringerung der Anzahl angebauter Kulturpflanzen, was vor allem auf wirtschaftliche Rahmenbedingungen zurückzuführen ist. Diese Entwicklung resultiert oftmals in einem nur noch seltenen Wechsel zwischen Sommerungen und Winterungen, was in vielen Fällen mit einem Anstieg der Unkrautpopulation verbunden ist. Die Integration von Zwischenfrüchten und Untersaaten kann in solchen Ackerbausystemen ein Baustein zur Reduzierung des Herbizideinsatzes innerhalb der Vegetationsperiode sowie während einer Brachezeit sein. Ziel dieser Studie war es, aus herbologischer Sicht den Einfluss von Zwischenfrüchten und Untersaaten auf moderne Ackerbausystemen zu ermitteln sowie festzustellen, auf welchem Wege diese auch in intensiven Anbausystemen Verwendung finden können. Innerhalb des Themenkomplexes Zwischenfrucht wurde dies umgesetzt durch die Suche nach neuen Zwischenfruchtarten, welche für den Anbau in Mitteleuropa geeignet sind, um so das Spektrum an verfügbaren Zwischenfruchtarten für vielfältige Anbausituationen und Standortgegebenheiten zu erweitern. Zusätzlich wurde die Unkrautunterdrückende Wirkung unterschiedlicher Zwischenfrüchte im Herbst sowie zu Vegetationsbeginn im Frühjahr analysiert um festzustellen, ob potentiell auf den Einsatz einer mechanischen oder chemischen Unkrautregulierung vor Aussaat der nachfolgenden Kulturpflanze verzichtet werden kann. Innerhalb des Themenkomplexes Untersaat wurde untersucht, ob es möglich ist durch Anpassung unterschiedlicher Anbauverfahren mittels Untersaaten eine Unterdrückung von Unkräutern zu erzielen, ohne hierbei jedoch Wachstum sowie Ertragsbildung einer Getreidedeckfrucht zu beeinträchtigen. Die durchgeführten Untersuchungen des Themenkomplexes Zwischenfrucht zeigten, dass von den erstmals in Mitteleuropa angebauten Zwischenfruchtarten besonders Tatarischer Buchweizen, Futterrettich sowie Rauhafer eine sehr gute Anbaueignung aufweisen. Das Spross- sowie Wurzelwachstum von Unkräutern konnte durch die erfolgreiche Etablierung eines Zwischenfruchtbestandes im Herbst effektiv reduziert werden. So wurde in Parzellen konkurenzkräftiger Zwischenfrüchte wie Gelbsenf, Ölrettich, Tatarischer Buchweizen und Rauhafer kein weiteres Wachstum der Unkräuter sowie des Ausfallgetreides im Anschluss an den ersten Probenahmetermin vier Wochen nach Aussaat mehr festgestellt. Die Unkrautunterdrückende Wirkung durch den Zwischenfruchtbestand konnte nicht nur im Herbst sondern ebenfalls im Frühjahr nach Absterben der Zwischenfrucht festgestellt werden. Besonders in Parzellen von spät abfrierenden Zwischenfrüchten wie Ölrettich und Phacelia konnte zu Vegetationsbeginn oftmals nur eine sehr geringe Unkrautdichte oder ausschließlich abgestorbene Unkräuter sowie Ausfallgetreide beobachtet werden. Die durchgeführten Untersuchungen des Themenkomplexes Untersaat belegen, dass es möglich ist Untersaaten auch in intensiv geführte Anbauysteme zu integrieren, ohne die Ertragsbildung der Deckfrucht zu beeinträchtigen. Während der vier durchgeführten Feldversuche konnte nur in einem Fall, durch Deutsches Weidelgras welches zum Drei-Blatt-Stadium eines Sommerweizens etabliert wurde, bei bedarfsgerechter Stickstoffdüngung eine Reduzierung des Kornertrages festgestellt werden. Es konnte gezeigt, werden das Untersaaten in der Lage sind, die Unkrautdichte während der Vegetation einer Hauptfrucht zu reduzieren. Jedoch war hierbei die Morphologie der Unkräuter entscheidend. So konnte die Anzahl niedrig wachsende Unkräuter wie Veronica persica durch Untersaaten verringert werden, wohingegen hochwachsende Unkräuter wie Chenopodium album nicht beeinträchtigt wurden. Die im Rahmen dieser Studie durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass Zwischenfrüchte und Untersaaten erfolgreich in moderne Anbausysteme integriert werden können, ohne deren Produktivität zu beeinträchtigen. Es konnte gezeigt werden dass durch den Anbau von Zwischenfrüchten und Untersaaten das Wachstum von Unkräutern unterdrückt wird. Hierdurch ist es möglich unter gewissen Umständen eine Verringerung der benötigten Herbizdmenge zu erreichen, was zu einer umweltgerechteren und nachhaltigeren Produktion beiträgt.