Generative sowie vegetative Vermehrung, Entwicklung, Morphologie und chemische Bekämpfung der windenden Unkrautarten: Calystegia sepium (L.) R. Br., Convolvulus arvensis L., Ipomoea hederacea Jacq., Ipomoea purpurea (L.) Roth und Fallopia convolvulus L.

Abstract

Vining weed species as the two perennial plants Calystegia sepium and Convolvulus arvensis, and the annual species Ipomoea hederacea, Ipomoea purpurea and Fallopia convolvulus are very important in agriculture worldwide due to their high competitive ability. The aim of this work is to gain a better understanding of the morphology, physiology and reproduction of these species and the efficacy of herbicides on the weeds to develop improved control strategies with this knowledge. The first section of this paper consists of studies about the generative propagation and seed germination in response to various factors. It is shown that the species of the family of Convolvulaceae have morphological similarities and any weed species can germinate in a wide temperature range and in all studied soil types. The proliferation studies revealed that the rhizome and root pieces of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis are dormant in the winter and sprout in spring. In addition, several buds on rhizome and root pieces also directly next to each other can sprout and the percentage of sprouting increases with the number of buds. Additionally, a negative linear relationship between the burial depth of the rhizome and root pieces in the soil and the ability to emerge is determined. In addition to these results, the analysis of the starch and sugar concentrations during a growth period shows that the starch concentration reaches its minimum 1.5 months before flowering. In the second part of this work, the main focus is placed on weed control with herbicides especially with the novel active substance TCM (Thiencarbazone-methyl), an acetolactate synthase (ALS) inhibitor, whose mechanism is investigated. The active ingredient TCM remains stable in the vining weeds and does not degrade as in corn. Proven TCM is absorbed through the leaves and transported systemically. TCM causes a disruption of the amino acid balance. The increase of the branched amino acids is carried out in dependence of the time as well as the applied herbicide concentration. TCM under greenhouse conditions as well as the active ingredients dicamba, glufosinate and glyphosate, frequently used in corn, control annual and perennial weed species germinated from seeds to a degree of more than 85% in the full and half field application rate. In comparison, the efficacy of shoot control of vegetatively propagated perennial plants is about 5-15% lower. Nevertheless, the regrowth of rhizome and root pieces is suppressed by the herbicide applications almost completely. The studies of the control in different growth stages show that the effect of TCM, dicamba and glyphosate on the annual species is greater in earlier stages of growth; however, the generatively propagated plants are controlled constantly even high in the later stages of growth. In contrast, with an increasing shoot length from 5 cm to 30 cm, the efficacy of control of the vegetatively propagated plants decreases to an average 40 %. The obtained control of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis after a spring and a fall application under field conditions is much lower than under greenhouse conditions. Post-emergence application at recommended field application rates results in a reduction in the aboveground biomass of Calystegia sepium with TCM about 65% and of Convolvulus arvensis to a maximum of 50% with TCM, TCM in combination with TBT(tembotrione) and dicamba. The herbicides dont reduce the sprouting ability of underground organs of both species; and corn yield isnt even increased by the use of a herbicide against Convolvulus arvensis. Fallopia convolvulus, an annual species, is controlled in field trials by TCM and TCM in combination with TBT in the normal field application rate to an extent of more than 90 %, also with dicamba. The control results of Ipomoea hederacea in the two experimental years vary greatly. On average, the efficacy of the application of TCM in combination with IFT (isoxaflutole), glufosinate and dicamba in combination with diflufenzopyr is as high as in the greenhouse experiments with a rate of 95 %. In summary, the results show that young plants germinated from seeds in early growth stages can be controlled quite well above and below ground with the studied herbicides, so that TCM can be used to control Fallopia convolvulus as an alternative to other herbicides used conventionally. Despite the proven systemic translocation and inhibition of regrowth of rhizome and root pieces of vegetatively propagated perennial species TCM as well as the other tested herbicides do not provide suffcient long-term success of control of Calystegia sepium and Convolvulus arvensis in spring and in fall application under field conditions. The mechanical control of perennial species can be optimized by a strong division of the rhizome and root pieces in combination with a high burial depth.

Windende Unkrautarten wie die beiden perennierenden Arten Calystegia sepium und Convolvulus arvensis sowie die sommerannuellen Arten Ipomoea hederacea, Ipomoea purpurea und Fallopia convolvulus sind aufgrund ihrer großen Konkurrenzkraft in der Landwirtschaft weltweit von Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist ein verbessertes Verständnis über die Morphologie, Physiologie und Vermehrung der Arten sowie der Herbizidwirkung auf die Unkräuter zu erlangen, um mit diesem Wissen verbesserte Bekämpfungsstrategien entwickeln zu können. Der erste Abschnitt beinhaltet Untersuchungen zur generativen als auch vegetativen Vermehrung. Gezeigt wird, dass die Arten aus der Familie der Convolvulaceae morphologische Gemeinsamkeiten besitzen und alle Unkrautarten in einem breiten Temperaturspektrum sowie in allen untersuchten Bodenarten keimen können. Die unterirdischen Organe der perennierenden Arten sind im Winter dormant und treiben im Frühjahr aus. Im Weiteren können mehrere Adventivknospen auch direkt nebeneinander austreiben und der prozentuale Austrieb steigt mit Zunahme der Adventivknospenanzahl. Zusätzlich wird ein negativer linearer Zusammenhang zwischen der Ablagetiefe der Rhizom- und Wurzelstücke im Boden und der Fähigkeit aufzulaufen festgestellt. Neben diesen Ergebnissen zeigen die Analysen der Stärke und Zuckerkonzentrationen im Verlauf einer Wachstumsperiode, dass die Stärkekonzentration 1,5 Monate vor der Blüte ihr Minimum erreicht. Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit wird das Hauptaugenmerk auf die Bekämpfung mittels Herbizide gelegt. Im Vordergrund steht hierbei der neuartige Wirkstoff TCM (Thiencarbazonemethyl), ein Acetolactatsynthase (ALS)-Hemmer. Der aktive Wirkstoff TCM verbleibt stabil in den Unkrautarten. TCM wird über die Blätter aufgenommen und systemisch transportiert und bewirkt eine Entgleisung des Aminosäurehaushaltes. Der Anstieg der verzweigten Aminosäuren erfolgt in Abhängigkeit der Zeit sowie der applizierten Herbizidkonzentration. In den Gewächshausversuchen bekämpft TCM wie auch die Wirkstoffe Dicamba, Glufosinat und Glyphosat im Nachauflauf in der vollen und halben Feldaufwandmenge die aus Samen gezogenen Unkrautarten zu über 85 %. Im Vergleich dazu liegen die oberirdischen Bekämpfungserfolge der vegetativ vermehrten perennierenden Pflanzenarten ca. 5-15% niedriger. Die Untersuchungen zur Bekämpfung in verschiedenen Wachstumsstadien zeigen, dass die Wirkung von TCM, Dicamba und Glyphosat auf die annuellen Arten in früheren Wachstumsstadien größer ist, während die generativ vermehrten Pflanzen auch in den späteren Wachstumsstadien zu 100% und 80% gleichbleibend hoch bekämpft werden. Dahingegen nimmt der gemessene Bekämpfungserfolg mit Zunahme der Sprosslänge von 5 cm auf 30 cm bei den vegetativ vermehrten Pflanzen im Durchschnitt um ca. 40% ab. Die Bekämpfungserfolge aus den Gewächshaus- und Feldversuchen der annuellen Arten besitzen eine höhere Übereinstimmung als die der perennierenden Arten. Der erzielte Bekämpfungserfolg nach einer Frühjahrs- als auch einer Herbstapplikation von Calystegia sepium und Convolvulus arvensis unter Feldbedingungen, unter denen die perennierenden Pflanzen sich hauptsächlich vegetativ vermehren, ist deutlich geringer als unter Gewächshausbedingungen. Nachauflaufapplikationen in den empfohlenen Feldaufwandmengen bewirken eine Reduktion der oberirdischen Biomasse von Calystegia sepium mit TCM zu ca. 65% und von Convolvulus arvensis zu maximal 50% mit TCM, TCM in Kombination mit TBT (Tembotrione) und Dicamba. Die Herbizide reduzieren bei beiden Arten die Austriebsfähigkeit der unterirdischen Organe nicht. Die annuelle Art Fallopia convolvulus wird in Feldversuchen durch TCM sowie TCM in Kombination mit TBT in der normalen Feldaufwandmenge wie auch durch Dicamba zu über 90% bekämpft. Die Ergebnisse der Bekämpfungserfolge von Ipomoea hederacea in den zwei Versuchsjahren schwanken sehr stark. Durchschnittlich ist die Wirkung der Applikation von TCM in Kombination mit IFT (Isoxaflutole), Glufosinat und Dicamba in Kombination mit Diflufenzopyr mit über 95% ähnlich hoch wie im Gewächshaus. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass aus Samen gekeimte junge Pflanzen in frühen Wachstumsstadien oberirdisch und unterirdisch mit den untersuchten Herbiziden gut bekämpft werden können, so dass TCM zur Bekämpfung von Fallopia convolvulus als Alternative zu den herkömmlich eingesetzten Herbiziden verwendet werden kann. Trotz der nachgewiesenen systemischen Translokation und der Hemmung des Wiederaustriebs der Rhizom- und Wurzelstücke der vegetativ vermehrten perennierenden Arten zeigt TCM wie auch die anderen untersuchten Herbizide in einer Frühjahrs- wie auch einer Herbstapplikation keinen ausreichenden langfristigen Bekämpfungserfolg von Calystegia sepium und Convolvulus arvensis unter Feldbedingungen. Die mechanische Bekämpfung der perennierenden Arten kann durch eine starke Zerteilung der Rhizom- und Wurzelstücke in Kombination mit einer hohen Vergrabungstiefe optimiert werden.