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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-24404
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2005/2440/


Ökonomik teilflächenorientierter Unkrautbekämpfung

Economics of site-specific weed control

Toews, Thore


pdf-Format: Dokument 1.pdf (3.226 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): precision farming , weed , competition , simulation model , cellular automata
Freie Schlagwörter (Englisch): Präzisionslandwirtschaft , Unkraut , Konkurrenz , Simulationsmodell , zellulärer Automat
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Betriebslehre der Agrar- und Ernährungswirtschaft
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.09.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 27.10.2005
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit erfolgt die ökonomische Bewertung des precision farming Ansatzes der teilflächenorientierten Unkrautbekämpfung. Der theoretische Hintergrund von Teilflächenunkrautbekämpfung ist der, dass Unkräuter auf Ackerflächen ungleichmäßig verteilt sind, und somit eine flächeneinheitliche Unkrautbekämpfung, wie sie im konventionellen Ackerbau üblich ist, zu Über- und Unterdosierung führt. Das Ziel des precision farming Ansatzes ist es, mit Hilfe variabler Ratentechnik den Einsatz von Herbiziden an die tatsächliche räumliche Verteilung von Unkräutern anzupassen, um Kosten und potenzielle negative Umwelteffekte zu reduzieren. Die Entscheidungsgrundlage für die kleinräumige Variation sind Schadschwellen. In bisherigen pflanzenbaulichen Arbeiten konnte das ökonomische Potenzial von Teilflächenunkrautbekämpfung nicht geklärt werden, da die Versuchsdauer in der Regel zu kurz war und die Präzision bei der Erfassung der Unkrautdichten häufig nicht ausreichend genau war. Darüber hinaus beschreiben empirische Versuche nur ex post die unter den spezifischen Witterungs- und Standortbedingungen realisierten Ergebnisse. Eine Übertragung der Ergebnisse in die Zukunft beziehungsweise die Ableitung einer Entscheidungsunterstützung direkt aus diesen Ergebnissen ist deshalb nur schwierig möglich.


In der vorliegenden Arbeit wurde das Computersimulationsmodell 'Weed Control' entwickelt, mit dessen Hilfe das ökonomische Potenzial von Teilflächenunkrautbekämpfung in Getreide ermittelt wurde. Das Modell berücksichtigt das derzeit vorhandene pflanzenbauliche Wissen zum Konkurrenz- und Populationsgeschehen von Unkräutern. Da viele Modellparameter nach derzeitigem Wissensstand nicht eindeutig zu bestimmen sind, können interessierte Leser das Modell beziehen, um eigene Simulationsexperimente durchzuführen. Alle wesentlichen Modellparameter können vom Endanwender angepasst werden. Das Computerprogramm bietet die Möglichkeit zunächst in einer rein zeitlichen Modellumgebung Schadschwellen zu kalkulieren. Anschließend können in einer räumlich-zeitlichen Modellumgebung, einem zellulären Automaten, Unkrautverteilungen mit unterschiedlichen Unkrautnestergrößen und Häufigkeitsverteilungen erzeugt werden. Aufbauend auf diesen Unkrautverteilungen werden unterschiedlich präzise precision farming-Anwendungen für unterschiedlich lange Zeiträume simuliert. Die monetär bewerteten Konkurrenzeffekte und die Herbizidaufwendungen werden für jedes Experiment bzw. für jede Stichprobe im Modell ausgewiesen. Sämtliche Modellkalkulationen können sowohl für den deterministischen als auch stochastischen Fall durchgeführt werden. Umfangreiche Simulationsexperimente wurden mit dem Programm 'Weed Control' durchgeführt und in der Arbeit beschrieben. In Abhängigkeit von der gewählten ganzflächigen Referenz und der Präzision der Teilflächenunkrautbekämpfung können Kosten in Höhe von – 25 bis + 40 €/ha eingespart werden. Da bei Anwendung des Schadschwellenkonzeptes bereits zum Behandlungstermin die Konkurrenzeffekte und die Populationsdynamik für die Zeit bis zur Ernte prognostiziert werden müssen und diese Prognose mit Unsicherheiten behaftet ist, zeigen die stochastischen Modellexperimente, dass die Varianz der Ergebnisse und damit das Risiko bei Teilflächenunkrautbekämpfung höher ist als bei prophylaktischen Ganzflächenstrategien. Die zusätzlichen Kosten für die precision farming Technologie wurden unter optimistischen Annahmen mit 10 – 20 €/ha kalkuliert, so dass unter den derzeitigen Bedingungen und nach derzeitigem Wissensstand das ökonomische Potenzial von Teilflächenunkrautbekämpfung als gering einzustufen ist.


Weiter wurden in der vorliegenden Arbeit pflanzenbauliche Versuche zur Teilflächenunkrautbekämpfung der BBA auf einem Praxisbetrieb ausgewertet. Die Praxisversuche stützen die Ergebnisse aus den Modellstudien.
Kurzfassung auf Englisch: This study aims to evaluate the profitability of precision farming as a means of spatially variable weed control. This is based on the theory that a uniform application of pesticides as practiced in conventional farming leads to over- and under -applications because weeds are spread unevenly across fields. Decisions on small scale spatial variation of applied pesticides are based on thresholds of weed levels. Experimental studies conducted in the past were unable to assess the economic potential of site specific weed control, because the time scales were usually too small and the assessment of the spatial distribution of weeds were often insufficiently precise. In addition, empirical experiments only describe results realised under specific locational and climatic conditions.


This study developed the computer-based simulation model 'Weed Control' in order to evaluate the economic potential of variable weed control in grains. The model takes into account the current academic knowledge of crop production concerning competition and population behaviour of weeds. Since current knowledge does not allow an unequivocal value for many model parameters, those interested can use the model to run their own simulation experiments. The program first numerically simulates the threshold for pesticide application over time only. Then, the calculation can be performed over both area and time, using a cellular automata. All model simulations can be run stochastically as well as deterministically.


A large number of simulation experiments were undertaken and are described. Depending on the reference of conventional whole field application and the precision of the variable pesticide application, savings of between –25 and + 40 €/ha can be made. To use the threshold concept for the decision to apply pesticides, competitiveness effect and the population dynamics of weed have to be projected. This projection is uncertain and the stochastic simulations show that the variance of the results and therefore the risk associated with the variable pesticide application is higher than with a prophylactic application strategy for the whole field. The increased cost for precision farming technology is 10 – 20 €/ha with optimistic assumptions, so that under present conditions and current scientific understanding the economic potential for variable pesticide application is estimated to be small. The thesis also describes farm experiments by the BBA (Biologische Bundesanstalt) on variable herbicide application. The experiments support the conclusions of the model simulations.