In this diploma thesis the impacts of both nitrogen fertilization and drought on the content of proteins of the gliadin fraction in case of a winter wheat variety Tiguan were observed. Selected samples were cultivated at two locations in a total duration of two years. Two different conditions were selected: one without the nitrogen fertilization (0 kg N/ ha) and the other with the nitrogen fertilization in 140 kg N/ ha concentration. Second observed factor was the drought which was ensured by roofs above the crops and their cultivation in common climatic environment. Gliadin fraction was separated by the A-PAGE method and the protein quantification carried out by a computer densitometry. Such nitrogen fertilization caused a significant increase of gliadins, especially -1,2 and -5 fractions. Stress induced by the drought caused an increase of gliadin content compared to the control sample, particularly in case of - and - fractions. The most important factor influencing the gliadin content in grains was therefore the nitrogen fertilization in a dry environment. The observed increase of gliadin content was lower in case of the sample which was fertilized in a humid environment than in case of the sample which was fertilized in the dry one.

Die im ökologischen Pflanzenbau oftmals durchgeführte Grundbodenbearbeitung mit dem Pflug wird genutzt, um Unkräuter und Krankheitserreger möglichst wirksam zu regulieren, zusätzlich soll die Mineralisierung von Stickstoff im Boden angeregt werden. Eine intensive Bodenbearbeitung mit dem Pflug birgt jedoch ein erhöhtes Risiko der Bodenerosion durch Wind sowie Wasser, zudem wird die Bildung von Bodenverdichtungen im Wurzelbereich der angebauten Kulturpflanze gefördert. Der Einsatz des Pfluges führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch bei den einge-setzten Zugfahrzeugen, zusätzlich steigt der Arbeitszeitbedarf. Der vorliegende Versuch im ökologischen Landbau beschäftige sich mit den Effekten einer reduzierten Bodenbearbeitung mit dem Grubber und Direktsaat im Vergleich zu einer wendenden Bearbeitung mit Pflug auf Ertragsbildung, Unkrautwachstum und Stickstoffflüsse im Fruchtfolgeglied Erbse und Winterweizen. Hierzu erfolgte die Anlage eines Feldversuches am Standort Pinkowitz bei Dresden (Parabraunerde aus Löss, 55 Bodenpunkte) in einer 2- (Erbse) bzw. 3-faktoriellen (Weizen) Spaltanlage in den Jahren 2009 und 2010. Die Körnererbse wurde am 19.04.09 bzw. 08.04.10 nach einer Grundbodenbearbeitung mit dem Pflug bzw. Grubber oder in Direktsaat eingesät. Eine Woche später erfolgte die Einsaat einer Untersaat mit Erdklee zur Gründüngung in der Hälfte der Parzellen. Am 26.10.09 bzw. 23.10.10 wurde Winterweizen analog zu den Saatsystemen zur Körnererbse (Pflug/Grubber/Direktsaat), jedoch im 90 Grad Winkel versetzt zur Einsaat der Erbse, eingesät. In einem Teilversuch wurde mittels 15N-Isotopenanreicherung von Erdklee-sprossmasse die Verfügbarkeit des Stickstoffes aus der Sprossmasse des Erdklees im Winterweizen quantifiziert. Ziel der Versuche war es die Effekte des Anbaus von Erbsen und Weizen bei konservierender Bodenbearbeitung im ökologischen Pflanzenbau im Vergleich zu einer intensiven Bodenbearbeitung zu identifizieren und daraus Strategien für einen verstärkten Einsatz von reduzierter Bodenbearbeitung und Direktsaat abzuleiten.   Es erfolgte die Erhebung der Sprosstrockenmasse von Erbse, Erdklee und Unkraut zu BBCH 20, 65 und 89, sowie vor der Saat des Weizens. Die Sprossmasse des Weizens und des Unkrautes erfolgte zu den BBCH-Stadien 39, 59 und 89 des Weizens. Zusätzlich wurden in beiden Kulturen zur Druschreife eine Beerntung per Hand und ein Kernparzellendrusch durchgeführt. Zeitnah zur Entnahme von Pflanzenproben fand eine Entnahme von Bodenproben zur Bestimmung des Nmin-Vorrates im Boden statt. Zudem erfolgten Erhebungen zur Bodentemperatur, der Lagerungsdichte des Bodens im Saathorizont und der Bodenfeuchte. Aus den gewonnenen Daten konnten mehrere Indizes und Kennzahlen zur Ertragsbildung und Stickstoffversorgung der angebauten Kulturpflanzen errechnet werden. Die Ertragsleistung der Körnererbse war nach einer reduzierten Bodenbearbeitung leicht, jedoch nicht signifikant vermindert. Auch eine Einsaat der Erbse in Direktsaat hatte lediglich in einem Versuchsjahr eine signifikante Minderung des Kornertrages zu Folge. Die Keimung des Erbsensaatgutes war nach Einsaat in Direktsaat beeinträchtigt und die Erbse konnte diesen verminderten Feldaufgang nicht kompensieren. Die verringerte Fähigkeit der Erbse zur Kompensation geringer Feldaufgänge wurde durch eine hohe Unkrautsprossmasse, einen geringen Stickstoffversorgungsindex der Erbse zur Blüte sowie einer hohen Lagerungsdichte des Bodens außerhalb des Säschlitzes verursacht. Um auch unter Direktsaat-bedingungen höhere Kornerträge zu erzielen müssen die genauen Ursachen für den geringen Feldaufgang ermittelt werden, da sich im vorliegenden lediglich Anhaltspunkte wie eine ungenaue Saatgutablege und ein verstärktes Auftreten von Pflanzenkrankheiten dafür ergeben haben. Die Folgekultur Winterweizen war nach einer Saat in Direktsaat im Vergleich zu Pflug und Grubber in der Ertragsbildung massiv beeinträchtigt. Wurde die Vorfrucht Erbse in Direktsaat gesät, zeigte sich ein leicht negativer Effekt auf den Kornertrag des Weizens unabhängig davon, ob die Folgefrucht Weizen nach einer Bodenbearbeitung mit Pflug und Grubber oder in Direktsaat gesät wurde. Eine einmalige Anwendung von Direktsaat bei Erbse war im vorliegenden Versuch auch unter den Bedingungen des ökologischen Landbaus gut möglich, die Ertragsrückgang betrug 13,3 % in 2009 bzw. 26,2 % in 2010. Die Untersaat Erdklee reduzierte das Wachstum des Unkrautes in allen Varianten der Bodenbearbeitung und konkurrenzierte die Deckfrucht lediglich schwach, so dass in 2009 eine Minderung des Kornertrages um 1,1 dt ha-1 in 2010 um 4,6 dt ha-1 verzeichnet wurde. Die Beurteilung der Umsetzungsprozesse des Stickstoffes aus der Erdkleesprossmasse mittels 15N-Spurenanreicherung von Winterweizen über das Aufbringen von angereichertem Erdkleesprossmaterial war in jeder Variante der Bodenbearbeitung sicher möglich. Die Aufnahme von Stickstoff aus der Erdklee-sprossmasse durch den Winterweizen ging mit Rücknahme der Bodenbearbeitungs-intensität zurück, so stammten zur Abreife des Weizens nach einer Pflugsaat 13,0 % des Stickstoffes im Spross des Weizens aus der Sprossmasse des Erdklees, nach Grubber bzw. Direktsaat betrug dieser Anteil 8,6 % bzw. 8,5 %. Die Mineralisierung des Stickstoffes aus der Erdkleesprossmasse hielt jedoch nach konservierender Bodenbearbeitung insgesamt nicht lange an, so dass keine Steigerung der Korn-proteingehalte über eine zusätzliche Bereitstellung von Stickstoff während der Kornfüllungsphase erzielt werden konnte.

Au Grand-Duché de Luxembourg, le développement de modèles opérationnels pour la prévision des rendements se heurte actuellement au problème de la non prise en compte de la diminution de la surface verte utile et de sa relation avec des processus biotiques et abiotiques incriminés en situation de production. Pourtant, il apparaît que lélaboration dun modèle reliant la perte de surface verte à la baisse de rayonnement absorbé est la façon la plus adéquate daméliorer les prévisions de perte de rendement aux champs. De nombreuses manières destimer les rendements existent et se basent sur différentes approches et méthodes. Lobjectif de ce travail est de proposer un modèle destimation des rendements basé sur létude de la dégradation de la surface verte foliaire du blé et du rayonnement intercepté par cette surface tout au long de sa dégradation. Lapproche envisagée consiste, dans un premier temps, à utiliser les deux principaux modèles existants qui décrivent linterception du rayonnement par les surfaces foliaires vertes avec des données issues dexpérimentations aux champs, au Grand-Duché de Luxembourg en 2006 et 2007. Différentes méthodes dobtention des principales données dentrée de ces modèles ont été comparées et leurs avantages ont été mis en évidence. Ces données sont le LAI (Leaf Area Index) et le pourcentage de surface foliaire verte. Un LAI de référence, obtenu à laide dune méthode danalyse dimages de feuilles a été validé et comparé à une méthode dobtention du LAI basée sur la mesure du rayonnement intercepté par le couvert ainsi quà une méthode fournissant la couverture verte du sol à partir dimages aériennes de courte distance. Il a été montré que le LAI issu de la mesure du rayonnement intercepté et la couverture verte du sol sont obtenus plus rapidement et pour de plus grandes surfaces, mais quils ne sont pas suffisamment corrélés au LAI de référence pour être utilisés afin dobtenir le LAI réel. Le pourcentage de la surface foliaire verte de référence a également été obtenu à laide de la méthode danalyse dimages de feuilles. La comparaison de celui-ci aux estimations visuelles du pourcentage de surface verte foliaire a montré que cette méthode est plus rapide, mais engendre une surestimation du pourcentage de surface foliaire verte. Une relation linéaire significative entre la couverture verte du sol par prise dimages aériennes et le pourcentage de surface foliaire verte a été obtenue. Une amélioration de la prise dimages aériennes de courte distance pourrait mener à une substitution du pourcentage de surface foliaire verte par la couverture verte du sol sur de grandes surfaces à lavenir. Les deux principaux modèles décrivant linterception du rayonnement par les surfaces foliaires vertes ont été utilisés avec le LAI et le pourcentage de surface foliaire verte de référence. Une simplification de ces modèles par lutilisation de la dernière ou des deux dernières strates foliaires à la place des trois dernières pour le pourcentage de surface verte a montré que la simplification ne menait pas à une amélioration des résultats dans la plupart des cas. Dautre part, une estimation des biais introduits en utilisant les pourcentages de surface verte issus de lestimation visuelle à la place des estimations par lanalyse dimages montre que lestimation visuelle introduit un biais allant jusquà 20%. La comparaison des deux modèles testés a mené à la sélection du modèle aux sorties fournissant la meilleure relation avec les rendements. Cest une relation linéaire simple entre les paramètres de la courbe décrivant lévolution des sorties du modèle dit du « calcul de la matière sèche » au cours de la saison de culture et le rendement qui a été retenue. Dans un deuxième temps, le modèle sélectionné a été utilisé avec des données issues dexpérimentations menées de lannée 2000 à 2005, afin dobtenir une relation linéaire plus stable entre les rendements et les sorties de ce modèle. La relation obtenue montre des résultats significatifs et expliquant plus de 66% des rendements si une variété au comportement atypique est exclue. Un effet significatif de lannée, du précédent et de la variété sur cette relation a été mis en évidence. Dans un troisième temps, laspect prédictif du modèle destimation des rendements basé sur la relation linéaire simple retenue a été étudié sur deux années de données extérieures aux années utilisées pour la construction de celui-ci. Les données dentrée nécessaires au fonctionnement du modèle ont dû être obtenues de manière prédictive, afin de réaliser des estimations du rendement à venir à partir de la floraison. Le modèle Proculture, basé sur la simulation de lévolution des symptômes de la septoriose, a permis dobtenir des estimations en prévision des pourcentages de surface verte, et le LAI a été considéré comme constant par variété dune année à lautre. Le modèle destimation utilisé a permis dobtenir des prévisions de rendement ~20% supérieures aux rendements réels./In the Grand Duchy of Luxembourg, the development of operational models for predicting yields currently runs against the failure to take into account the green leaf area decline and its relationship with biotic and non biotic processes involved in a situation of production. Yet it appears that the development of a model linking the loss of green leaf area to lower radiation absorbed is the most adequate to improve prediction of yield loss in the fields. Many ways to estimate yields exist and are based on different approaches and methods. The objective of this work is to propose a model for estimating yields based on the study of the green leaf area decline of wheat and radiation intercepted by this area throughout the season. The approach is, first, to use the two main existing models that describe the interception of radiation by green leaf area with data from experiments in the field, in the Grand Duchy of Luxembourg in 2006 and 2007. Different methods for obtaining key data entry of these models were compared and their benefits have been identified. These data are LAI (Leaf Area Index) and the percentage of green leaf area. The reference method, obtained using image analysis of leaves has been validated and compared to a method for obtaining LAI based on the measurement of radiation intercepted by the canopy as well as a method based on the green cover soil obtained from short distance aerial images. It was shown that the LAI obtained from the measurement of radiation intercepted and the green land cover obtained from short distance aerial images are obtained faster and for larger surfaces, but they are not sufficiently correlated with the LAI from the reference method to be used in place of reference LAI. The percentage of green leaf area of reference has also been obtained using the image analysis of leaves. Comparing it to visual estimates of the percentage of green leaf area has shown that this method is faster and creates an overestimation of the percentage of green leaf area. A significant linear relationship between green land cover from short distance aerial images analysis and the percentage of green leaf area was obtained. An improved short distance aerial image could lead to the substitution of the percentage of green leaf area by the green land cover over large areas in the future. The two main models describing the interception of radiation by green leaf area were used with the LAI and the percentage of green leaf area of reference. A simplification of these models by using only the upper leaf or the two last leaves to emerge in place of the last three leaves to emerge for the percentage of green area has shown that simplification did not lead to improved results in most cases. On the other hand, an estimate of bias using the percentage of green leaf area from the visual estimate in place of estimates by image analysis shows that visual estimate introduce an approximate bias of 20%. A comparison of the two models tested led to the selection of the model outputs providing the best relationship with yields. It is a simple linear relationship between parameters of the curve describing the evolution of model outputs socalled calculation of dry matter during the growing season and yield that was chosen. In a second time, the selected model was used with data from experiments conducted from 2000 to 2005 to obtain a more stable linear relationship between yields and output of the model. The relationship obtained shows significant results and explains over 66% yields if datas from an atypical variety are excluded. A significant effect of years, precedent and variety on this relationship was highlighted. In a third time, the predictive aspect of the model to estimate yields based on the simple linear relationship has been studied on two years of external data used for years to build it. The input data needed to run the model had to be obtained on a predictive way to make estimates of future performance from flowering. The model Proculture, based on the simulation of the progression of septoriose disease, allowed obtaining estimates in anticipation of the percentage of green area, and LAI was considered constant variety from one year to another. The estimation model used resulted in expected future performance ~ 20% higher than actual yields.

Während der letzten Jahrzehnte hat sich die Landwirtschaft grundlegend verändert und wird heute zunehmend von hocheffektiven, wirtschaftlich optimierten Produktionssystemen mit ausgedehnten Anbauflächen und dem damit verbundenen gesteigertem Einsatz von Kunstdüngern und Pestiziden geprägt. Diese Entwicklung bedingt jedoch auch den Verlust und die Fragmentierung von naturnahen Habitaten mit negativen Auswirkungen auf die Artenvielfalt in intensiv genutzten landwirtschaftlichen Gebieten. Der Rückgang der Artenvielfalt führt zur Schwächung von Ökosystemfunktionen wie der biologischen Schädlingskontrolle oder der Bestäubung von Ackerkulturen. Agrarumweltprogramme, ökologische Anbaumethoden und Habitatmanagement können helfen, diese negativen Auswirkungen abzumildern. Hierbei wird zunehmend deutlich, dass neben der lokalen Ebene auch der Einfluß der strukturellen Diversität auf der Landschaftsebene berücksichtigt werden muß: Eine Steigerung der Habitatdiversität auf der Landschaftsebene kann die Biodiversität auf der lokalen Ebene erhöhen, und so die negativen Folgen einer intensivierten Landnutzung kompensieren. In dieser Arbeit wurden die Effekte von lokalem Habitatmanagement (künstlich angelegte Blühstreifen, Waldränder und Hecken) und die Effekte verschiedener Anbaumethoden (extensive im Gegensatz zu intensiver Nutzung) auf Schwebfliegen-Gilden untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluß bestimmter Landschaftsparameter, wie das Verhältnis von landwirtschaftlich genutzter Fläche zu naturnahem Habitat (als Maß der strukturellen Komplexität der Landschaften), oder der prozentuale Anteil von Rapskulturen im Umfeld der Versuchsflächen untersucht. Schwebfliegen stellen eine der größten Gruppen der Insektenordnung Diptera dar und kommen in vielen verschiedenen Habitaten in landwirtschaftlich genutzten Gebieten vor. Während adulte Schwebfliegen hauptsächlich Pollen- und Nektarkonsumenten sind, zeigen ihre Larven eine große Vielfalt von Ernährungsstrategien, die von zoophagen über bakteriophage und phytophage bis hin zu fungivoren Spezies reichen. Aphidophage Spezies wie Episyrphus balteatus oder Sphaerophoria scripta stellen die im Untersuchungsgebiet die am häufigsten vertretenen Schwebfliegenarten dar und können eine wichtige Rolle bei der biologischen Schädlingskontrolle verschiedener Blattlausarten einnehmen (z.B. Sitobion avenae, Rhopalosiphum padi, Metopolophium dirhodum). In dieser Arbeit haben wir den Einfluß künstlich angelegter Blühstreifen und natürlich entwickelter Grasstreifen auf Schwebfliegenpopulationen in Winterweizenfeldern untersucht, die entlang eines Gradienten der Landschaftskomplexität (zwischen 30% und 100% Ackerland auf mutiplen räumlichen Skalen von 0.5 bis 4 km Radien der Landschaftssektoren) lagen. Die Analyse des Einflusses extensiver im Vergleich zu intensiver Landwirtschaft wurde in zwei europäischen Ländern durchgeführt (Südschweden und Norddeutschland), indem jeweils vier Felder mit hoher landwirtschaftlicher Intensivierung (lokalisiert in strukturarmen Landschaften) mit vier Feldern mit niedriger landwirtschaftlicher Intensivierung (lokalisiert in strukturreichen Landschaften) verglichen wurden. Weiterhin wurde der Einfluß von Waldrändern, mit Waldrädern verbundenen Hecken und isolierten Hecken, die an landwirtschaftliche Flächen (Winterweizen- und Rapsfelder) angrenzten, im Zusammenhang mit veränderlichen Anteilen von Rapsfeldern in der umliegenden Landschaft im Hinblick auf die Häufigkeit von Schwebfliegen untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Blühstreifen die Häufigkeit von Schwebfliegen steigern können: Die Schwebfliegen-Artenvielfalt in Weizenfeldern, die sich in der Nähe von Blühstreifen befanden, war ebenfalls erhöht. Weiterhin nahmen der Artenreichtum und die Häufigkeit von Schwebfliegen in den Blühstreifen zu, wenn der Anteil von Ackerland im umgebenden Landschaftsausschnitt anstieg, was zu einer Konzentration von Schwebfliegengemeinschaften auf den vereinzelten, aber als Nahrungsressource lohnenden, Blühstreifen führte. Die Gesamthäufigkeit von Schwebfliegen, ebenso wie die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen, war auf den deutschen Versuchsflächen höher als auf den schwedischen Versuchsflächen. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen war in Feldern mit hoher Intensivierung erhöht, während nicht-aphidophage Schwebfliegen in Feldern mit niedriger Intensivierung häufiger waren. Außerdem tauchten Schwebfliegen in der deutschen Versuchsregion früher in der Saison auf, was möglicherweise eine engere Räuber-Beute-Synchronisation ermöglicht. Die Abundanz der Schwebfliegen war in Rapsfeldern im Vergleich zu Weizenfeldern erhöht. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen in Hecken und Waldrändern unterschied sich entsprechend benachbarter Feldfrüchte (Weizen und Raps) und dem Anteil von Rapsfeldern in der umgebenden Landschaft. Hierbei zeigte sich eine verringerte Abundanz aphidophager Schwebfliegen in der Nachbarschaft von Rapsfeldern (Verdünnungseffekt) und eine erhöhte Abundanz in der Nachbarschaft von Winterweizenfeldern (Konzentrationseffekt) bei gleichzeitig hohen Anteilen von Rapsfeldern in der umgebenden Landschaft. Die Abundanz von aphidophagen Schwebfliegen war am höchsten in Hecken, welche mit einem Waldrand verbunden waren. Gleichzeitig zeigte sich auch eine erhöhte Abundanz in den an solche Standorte angrenzenden Agrarflächen, was auf ein gesteigertes Übertreten (spillover) zwischen den Hecken-Habitaten und den angrenzenden landwirtschaftlichen Flächen hindeutet, und auf diesem Wege möglicherweise auch die biologische Schädlingskontrolle und die Bestäuberleistung verbessern kann. Im Allgemeinen haben die Resultate gezeigt, dass lokales Habitatmanagement die Diversität und die Häufigkeit von Schwebfliegen erhöhen kann und dabei möglicherweise auch die biologische Kontrolle von Getreideblattläusen gesteigert werden kann. Auf der Landschaftsebene unterstreichen die Resultate die Annahme, dass Umweltmanagement in strukturarmen Landschaften aufgrund der Konzentration hochmobiler Schwebfliegen in ressourcenreichen Habitaten effektiver ist als in Landschaften mit generell erhöhter Habitattypendiversität. Die relative Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen variierte stark zwischen der deutschen und der schwedischen Versuchsregion, was auf eine veränderliche Rolle bestimmter Arten in unterschiedlichen Breiten hinweist. Schwebfliegen-Gilden (aphidophage im Gegensatz zu nicht-aphidophagen) wurden unterschiedlich von der landwirtschaftlichen Intensivierung beeinflußt. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen in naturnahen Hecken wird durch den Prozentsatz der Rapsfelder in der umgebenden Landschaft sowie die Art der benachbarten Feldfrüchte beeinflußt. Die positive Wirkung seminatürlicher Habitate wie künstlicher Blühstreifen und Hecken auf angrenzende Anbauflächen (mit veränderlicher Stärke entsprechend verschiedener Landschaftsparameter wie Ackeranteil und Rapsanteil) zeigt den dringenden Bedarf an gruppenspezifischen Habitatmanagementmethoden, um die Biodiversität und damit verbundene Ökosystemleistungen wie die biologische Schädlingskontrolle und Bestäubung in Agrarlandschaften zu verbessern.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’influence des conditions locales et paysagères sur la structuration des communautés d’arthropodes en agroécosystèmes, ceci grâce à un dispositif de suivi situé en Ille-et-Vilaine (Bretagne, France), et comprenant des parcelles conduites en agriculture biologique et conventionnelle spatialement appariées. Notre première étude a mis en évidence que l’hétérogénéité paysagère, parfois en interaction avec le système local de culture, conditionne la diversité et l’abondance des groupes trophiques, à la fois pour les arthropodes au sol comme pour ceux de la végétation. Dans un second temps, nous avons pu montrer l’importance du contexte paysager dans la structuration des assemblages d’arthropodes prédateurs, et émis l’hypothèse que les mécanismes déterminant la distribution des espèces diffèrent fortement entre araignées et carabiques. Enfin, il est apparu la nécessité de distinguer les individus résidents (émergeants) des individus mobiles (circulants) lorsque l’on s’intéresse au rôle différentiel des facteurs locaux vs. paysagers dans la structuration des communautés de carabiques. D’une façon générale, nos résultats montrent donc une influence importante et positive de l’agriculture biologique sur les populations, assemblages d’espèces et communautés d’arthropodes, que ce soit à des échelles locales et paysagères comme en interaction avec d’autres variables paysagères. Nous avons également montré la pertinence de l’utilisation de différents niveaux d’organisation et variables réponses associées pour évaluer finement la structure et le fonctionnement de communautés d’Arthropodes en agroécosystèmes. / In this study, we got interested in quantifying how local and landscape metrics structure arthropod communities in agro-ecosystems. For that, we used a long-term monitoring design located in ‘Ille-Et-Vilaine’ (Brittany, France), composed by spatially pair-matched fields under organic vs. conventional farming systems. First, we found that landscape heterogeneity, also interacting with farming systems, drives the diversity and abundance of trophic groups for both ground- and vegetation-dwelling arthropods. In a second chapter, we showed the importance of landscape context in shaping assemblages of predatory arthropods, and suggested that mechanisms behind the distribution of individual species strongly differ between spiders and carabids. Lastly, we highlighted the importance of distinguishing between resident (emergent) and mobile (circulating) individuals when assessing the differential role of local vs. landscape factors in community assembly. Overall, our results show a strong and positive effect of organic farming on arthropod populations, assemblages and communities, both at local and landscape scales, as well as in interaction with other landscape metrics. We also highlighted the relevance of using different levels of biological organization, and related response variables, when assessing the structure and functioning of arthropod communities in agroecosystems

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche. / Agronomic practices modify crop architecture in ways that may facilitate or hamper disease development. The processes involved are complex and mechanistic models simulating plant-pathogen interaction should help clarifying them. Virtual Plants, i.e. models in which the three-dimensional structure of the plant is explicitly described, appear specially promising to express the effects of the plant architecture on the epidemic development. The objective of this study is to examine the ability to simulate the effect of plant architecture on disease development using a Virtual Plant model.The work focuses on the pathosystem wheat-Septoria tritici, in which architecture plays an important role because spores of Septoria are propagated from infected leaves to upper healthy leaves by rain splash. We build on a pre-existing model of Septoria epidemics, Septo3D. Wheat architecture was examined for a range of sowing date and density treatments. Differences of phyllochron between treatments were in a range sufficient to likely modify epidemic development; they were well represented by a descriptive model depending on photoperiod and final leaf number. A detailed description of architectural variables at the organ and canopy scale provided an original and comprehensive documentation of the plastic response of wheat, which was used for parameterising the wheat description in Septo3D. Overall, the investigated treatments resulted in strong differences in the time course of vegetation density. Septoria dynamics were monitored in a subset of three treatments of contrasted densities. Simulated disease kinetics were consistent with field measurements. Although, the approach needs further validation, results support that virtual plant modelling provides new insights into the processes and plant traits that impact epidemics. We conclude with prospects for further improvements and applications.

Die im ökologischen Pflanzenbau oftmals durchgeführte Grundbodenbearbeitung mit dem Pflug wird genutzt, um Unkräuter und Krankheitserreger möglichst wirksam zu regulieren, zusätzlich soll die Mineralisierung von Stickstoff im Boden angeregt werden. Eine intensive Bodenbearbeitung mit dem Pflug birgt jedoch ein erhöhtes Risiko der Bodenerosion durch Wind sowie Wasser, zudem wird die Bildung von Bodenverdichtungen im Wurzelbereich der angebauten Kulturpflanze gefördert. Der Einsatz des Pfluges führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch bei den einge-setzten Zugfahrzeugen, zusätzlich steigt der Arbeitszeitbedarf. Der vorliegende Versuch im ökologischen Landbau beschäftige sich mit den Effekten einer reduzierten Bodenbearbeitung mit dem Grubber und Direktsaat im Vergleich zu einer wendenden Bearbeitung mit Pflug auf Ertragsbildung, Unkrautwachstum und Stickstoffflüsse im Fruchtfolgeglied Erbse und Winterweizen. Hierzu erfolgte die Anlage eines Feldversuches am Standort Pinkowitz bei Dresden (Parabraunerde aus Löss, 55 Bodenpunkte) in einer 2- (Erbse) bzw. 3-faktoriellen (Weizen) Spaltanlage in den Jahren 2009 und 2010. Die Körnererbse wurde am 19.04.09 bzw. 08.04.10 nach einer Grundbodenbearbeitung mit dem Pflug bzw. Grubber oder in Direktsaat eingesät. Eine Woche später erfolgte die Einsaat einer Untersaat mit Erdklee zur Gründüngung in der Hälfte der Parzellen. Am 26.10.09 bzw. 23.10.10 wurde Winterweizen analog zu den Saatsystemen zur Körnererbse (Pflug/Grubber/Direktsaat), jedoch im 90 Grad Winkel versetzt zur Einsaat der Erbse, eingesät. In einem Teilversuch wurde mittels 15N-Isotopenanreicherung von Erdklee-sprossmasse die Verfügbarkeit des Stickstoffes aus der Sprossmasse des Erdklees im Winterweizen quantifiziert. Ziel der Versuche war es die Effekte des Anbaus von Erbsen und Weizen bei konservierender Bodenbearbeitung im ökologischen Pflanzenbau im Vergleich zu einer intensiven Bodenbearbeitung zu identifizieren und daraus Strategien für einen verstärkten Einsatz von reduzierter Bodenbearbeitung und Direktsaat abzuleiten.   Es erfolgte die Erhebung der Sprosstrockenmasse von Erbse, Erdklee und Unkraut zu BBCH 20, 65 und 89, sowie vor der Saat des Weizens. Die Sprossmasse des Weizens und des Unkrautes erfolgte zu den BBCH-Stadien 39, 59 und 89 des Weizens. Zusätzlich wurden in beiden Kulturen zur Druschreife eine Beerntung per Hand und ein Kernparzellendrusch durchgeführt. Zeitnah zur Entnahme von Pflanzenproben fand eine Entnahme von Bodenproben zur Bestimmung des Nmin-Vorrates im Boden statt. Zudem erfolgten Erhebungen zur Bodentemperatur, der Lagerungsdichte des Bodens im Saathorizont und der Bodenfeuchte. Aus den gewonnenen Daten konnten mehrere Indizes und Kennzahlen zur Ertragsbildung und Stickstoffversorgung der angebauten Kulturpflanzen errechnet werden. Die Ertragsleistung der Körnererbse war nach einer reduzierten Bodenbearbeitung leicht, jedoch nicht signifikant vermindert. Auch eine Einsaat der Erbse in Direktsaat hatte lediglich in einem Versuchsjahr eine signifikante Minderung des Kornertrages zu Folge. Die Keimung des Erbsensaatgutes war nach Einsaat in Direktsaat beeinträchtigt und die Erbse konnte diesen verminderten Feldaufgang nicht kompensieren. Die verringerte Fähigkeit der Erbse zur Kompensation geringer Feldaufgänge wurde durch eine hohe Unkrautsprossmasse, einen geringen Stickstoffversorgungsindex der Erbse zur Blüte sowie einer hohen Lagerungsdichte des Bodens außerhalb des Säschlitzes verursacht. Um auch unter Direktsaat-bedingungen höhere Kornerträge zu erzielen müssen die genauen Ursachen für den geringen Feldaufgang ermittelt werden, da sich im vorliegenden lediglich Anhaltspunkte wie eine ungenaue Saatgutablege und ein verstärktes Auftreten von Pflanzenkrankheiten dafür ergeben haben. Die Folgekultur Winterweizen war nach einer Saat in Direktsaat im Vergleich zu Pflug und Grubber in der Ertragsbildung massiv beeinträchtigt. Wurde die Vorfrucht Erbse in Direktsaat gesät, zeigte sich ein leicht negativer Effekt auf den Kornertrag des Weizens unabhängig davon, ob die Folgefrucht Weizen nach einer Bodenbearbeitung mit Pflug und Grubber oder in Direktsaat gesät wurde. Eine einmalige Anwendung von Direktsaat bei Erbse war im vorliegenden Versuch auch unter den Bedingungen des ökologischen Landbaus gut möglich, die Ertragsrückgang betrug 13,3 % in 2009 bzw. 26,2 % in 2010. Die Untersaat Erdklee reduzierte das Wachstum des Unkrautes in allen Varianten der Bodenbearbeitung und konkurrenzierte die Deckfrucht lediglich schwach, so dass in 2009 eine Minderung des Kornertrages um 1,1 dt ha-1 in 2010 um 4,6 dt ha-1 verzeichnet wurde. Die Beurteilung der Umsetzungsprozesse des Stickstoffes aus der Erdkleesprossmasse mittels 15N-Spurenanreicherung von Winterweizen über das Aufbringen von angereichertem Erdkleesprossmaterial war in jeder Variante der Bodenbearbeitung sicher möglich. Die Aufnahme von Stickstoff aus der Erdklee-sprossmasse durch den Winterweizen ging mit Rücknahme der Bodenbearbeitungs-intensität zurück, so stammten zur Abreife des Weizens nach einer Pflugsaat 13,0 % des Stickstoffes im Spross des Weizens aus der Sprossmasse des Erdklees, nach Grubber bzw. Direktsaat betrug dieser Anteil 8,6 % bzw. 8,5 %. Die Mineralisierung des Stickstoffes aus der Erdkleesprossmasse hielt jedoch nach konservierender Bodenbearbeitung insgesamt nicht lange an, so dass keine Steigerung der Korn-proteingehalte über eine zusätzliche Bereitstellung von Stickstoff während der Kornfüllungsphase erzielt werden konnte.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Stand des Wissens 2.1 Effekte verschiedener Intensitäten der Bodenbearbeitung 2.2 Direktsaatversuche im ökologischen Landbau 2.3 Untersaat 2.4 N-Transfer aus der Untersaat in die Folgefrucht 3 Material und Methoden 3.1 Standorteigenschaften und Witterung 3.2 Versuchsaufbau 3.3 Probennahme und Probenaufarbeitung 3.4 Statistische Analysen 4 Ergebnisse 4.1 Zwischenfrucht 4.2 Erbse 4.2.1 Auflaufen der Erbse 4.2.2 Bestandsentwicklung und Kornertrag der Erbse 4.2.3 Harvest-Indizes und Stickstoffakkumulation 4.2.4 N-Aufnahme der Sommergerste 4.3 Winterweizen 4.3.1 Etablierung des Winterweizens 4.3.2 Bestandsentwicklung und Kornertrag des Winterweizens 4.3.3 Harvest-Indizes und Kornproteingehalt des Winterweizens 4.3.4 Nmin unter Winterweizen 4.4 Stickstoffaufnahme des Weizens aus 15N-markiertem Erdklee 5 Diskussion 5.1 Ertragsleistung Erbse 5.2 Ertragsleistung Winterweizen 5.3 Legume Untersaat Erdklee 5.4 15N-Anreicherung 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichnis 8. Anhang Versicherung

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Langzeitdüngungsversuche (LTFE) sind für die Agrarforschung von entscheidender Bedeutung, da sie dokumentieren, überwachen, lernen und zeigen können, was in der Vergangenheit geschehen ist, und mit Hilfe von Vorhersagemodellen vorhersagen und simulieren können, was in Zukunft geschehen wird. Diese Modelle dienen dazu, zukünftiges Pflanzenwachstum unter verschiedenen Klima- und Bewirtschaftungsszenarien abzuschätzen und so Entscheidungsprozesse zu unterstützen. In diese Studie wurden die Reaktionen der Getreideerträge auf das Düngermanagement in Sandböden in einem LTFE (1971 bis 2016) in Nordostdeutschland analysiert. Die Ziele dieser Studie waren a) die Analyse der Ertragsreaktionen von Sommergerste, Winterroggen und Winterweizen auf das Düngemanagement, b) die Analyse der Sensitivität der Ertragsreaktionen auf den Zeitpunkt von Wetterereignissen und c) der Vergleich verschiedener Analysemodelle. Die Studie ergab, dass die Reaktion der Getreideerträge auf das Düngermanagement von komplexen Beziehungen zwischen Klimaabhängigkeit, Vorfrucht und Bodeneigenschaften beeinflusst wurde. Die Witterungsbedingungen bei der Aussaat und in den frühen Wachstumsstadien des Getreides beeinflusste den Kornertrag. Bei Wintergetreide waren die Intensität und Dauer der extremen Temperaturen im Sommer, insbesondere die Anzahl der Tage mit einer Höchsttemperatur von über 30°C im Juli, eine wichtige Variable für den Ertrag. Unter den untersuchten Modellen zeigte das LMM-Modell eine bessere Vorhersageleistung als das M5P-Modell, und beide hatten umfangreichere Regressoren als die ANOVA und die BMA. Das M5P-Modell bot eine intuitive Visualisierung wichtiger Variablen und ihrer kritischen Schwellenwerte und offenbarte andere Variablen, die vom LMM-Modell nicht erfasst wurden. Die Ergebnisse dieser Analyse tragen zu umfassenden Strategien für eine nachhaltige Pflanzenproduktion im Hinblick auf den zukünftigen Klimawandel bei. / Long-term fertilizer experiments (LTFEs) are essential for agricultural research as they provide necessary information and data to build predictive models. These models can be used to estimate future plant growth under different climate and management scenarios to support decision-making processes. The current study analyzed cereal grain yield responses to fertilizer management in sandy soil in a LTFE (1971 to 2016) in Northeast Germany. The objectives of this study were to a) analyze yield responses of spring barley), winter rye, and winter wheat to fertilizer management, b) analyze the sensitivity of yield responses to timing of weather events, and c) compare different analysis models. The study revealed that cereal yield response to fertilizer management was influenced by complex relationships among climatic dependence, preceding crop, and soil characteristics. Weather conditions at seeding and early growth stages of cereal were found to be sensitive to grain yield. For winter cereals, the intensity and duration of extreme temperatures in the summertime (harvest year), especially the number of days recorded with a maximum temperature above 30°C in July was an important variable for the yield. Among the investigated models, LMM-model had a better predictive performance compared to M5P-model and both had richer regressors than the ANOVA and BMA-model. The M5P-model presented an intuitive visualization of important variables and their critical thresholds, and revealed other variables that were not captured by the LMM-model. The findings of this analysis contribute to comprehensive strategies for sustainable crop production with regard to future climate change.

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