Precision weed control: a spatially explicit individual based model
Yield reduction through competition between crop and weeds is a major challenge for farmers. Therefore, most fields in Europe are treated with herbicides or mechanical methods for weed control nowadays. Modern techniques like high precision GPS, image recognition and robotics enable autonomous and site specific weed control. In the future, it might be possible to manage weeds on a plant-by-plant basis. This would provide great opportunities for the conservation of weed diversity. The implementation of such management schemes requires the understanding of the competition process in a spatial context. We present a spatially explicit individual-based model suitable to simulate the effect of precise weed control measures for specific plants. Growth models in form of differential equations are set up for each individual plant. Competition is formulated dependent on the spatial configuration of both weeds and crops. First simulation results with a parametrisation for wheat and Viola arvensis are presented. Without any control measures, crop growth curves show a large variability, whereas an efficient weed control (efficacy 95%) results in nearly uniform growth curves. This was corroborated in an experiment with wheat and V. arvensis for the same spatial configuration as in the model. Further development of the model will include multispecies situations as well as long-term population dynamics of the different species.
Ertragsverluste durch Unkrautkonkurrenz stellen seit jeher eine große Herausforderung für die Pflanzenproduktion dar. Daher werden die meisten Äcker in Europa heutzutage mit Herbiziden oder mechanischen Methoden zur Unkrautbekämpfung behandelt. Moderne Techniken wie hochpräzises GPS, Bilderkennung und Robotik ermöglichen eine autonome und ortsspezifische Unkrautbekämpfung. In Zukunft könnte es sogar möglich sein, Unkräuter auf Einzelpflanzenbasis zu bekämpfen. Dies würde eine große Chance für die Erhaltung der Unkrautvielfalt eröffnen. Die Umsetzung solcher Managementkonzepte erfordert das Verständnis der Konkurrenz im räumlichen Kontext. Wir stellen ein räumlich explizites individuelles Modell vor, das geeignet ist, die Wirkung von präzisen Unkrautbekämpfungsmaßnahmen für bestimmte Pflanzen zu simulieren. Für jede einzelne Pflanze wird ein Wachstumsmodell in Form von Differentialgleichungen aufgestellt. Die Konkurrenz wird in Abhängigkeit von der räumlichen Konfiguration von Unkräutern und Kulturpflanzen formuliert. Erste Simulationsergebnisse mit einer Parametrisierung für Weizen und Viola arvensis werden vorgestellt. Ohne Kontrollmaßnahmen zeigen die Pflanzenwachstumskurven eine große Variabilität, wohingegen eine effiziente Unkrautbekämpfung (Wirksamkeit 95 %) zu nahezu einheitlichen Wachstumskurven führt. Dies wurde in einem Experiment mit Weizen und V. arvensis für die gleiche räumliche Konfiguration wie im Modell bestätigt. Die Weiterentwicklung des Modells wird Multispezies-Situationen sowie langfristige Populationsdynamiken der verschiedenen Arten einbeziehen.
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