Konzeption und Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems für das Integrierte Nematodenmanagement im Zuckerrübenanbau

Abstract

In Hinblick auf die bevorstehenden Preissenkungen im Rahmen der Reform der europäischen Zuckermarktordnung ist es entscheidend, den Zuckerrübenanbau zum Erhalt der innerbetrieblichen Wettbewerbsfähigkeit so effizient wie möglich zu gestalten. Integriertes Management des wichtigsten Schaderregers an Zuckerrüben, des Rübenzystennematoden Heterodera schachtii, ist ein wesentlicher Bestandteil eines effizienten Zuckerrübenanbaus. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein bio-ökonomisches Entscheidungsunterstützungssystem als eigenständig lauffähiges Computerprogramm entwickelt. Dieses versetzt Landwirte und deren Berater in die Lage, durch Prognose der ökonomischen Auswirkungen der im Rahmen des Integrierten Nematodenmanagements zur Verfügung stehenden Handlungsalternativen die relativen Vorzüglichkeiten der Maßnahmen zu bewerten.<br /> Die entwickelten biologisch-technischen Simulationsmodelle, die als Informationssystem des Entscheidungsunterstützungssystems dienen, umfassen die Simulation und Prognose der Abundanzdynamik des Nematoden unter Wirts- und Nichtwirtspflanzen und unter dem Einfluss der Managementmaßnahmen sowie der Ertragsdynamik der Zuckerrübe mit und ohne Schaderregerbefall. Die Simulationsmodelle sind dynamisch und stochastisch gestaltet. Ihre Entwicklung erfolgt nach dem Schema Konzeption - Formalisierung der Modellelemente in Form mathematischer Gleichungen - Kalibrierung der Modellparameter - Verifikation und Validierung des Modellansatzes. Die Kalibrierung der Modellparameter erfolgt auf der Basis von Auswertungen mehrjähriger nematologischer und pflanzenbaulicher Feldversuche aus dem Rheinland, Literaturangaben, Expertenmeinungen und ergänzend plausiblen Annahmen.<br /> Mit dem Entscheidungsunterstützungssystem werden längerfristige Simulationsexperimente durchgeführt, in denen die durch Carry-over-Effekte hervorgerufenen Folgekosten der einzelnen Managementmaßnahmen für die vergleichende Bewertung erfasst werden können. Als politische Systemumwelt für diese Simulationsexperimente wird die bis 2006 geltende Zuckermarktordnung der EU in der für das Rheinland maßgeblichen Ausgestaltung des Zuckererzeugers Pfeifer & Langen KG aus Köln nachgebildet. Wichtigstes Ergebnis dieser Simulationsexperimente ist, dass die vornehmliche Leistung der betrachteten Maßnahmen des Nematodenmanagements in der Verringerung der Variabilität der ökonomischen Zielgröße kumulierter Gesamtdeckungsbeitrag besteht. Nematodenmanagement empfiehlt sich daher in erster Linie als ein Instrument der Risikominderung im Zuckerrübenanbau. In zweijährigen Fruchtfolgen (50% Zuckerrübenanteil) erweist sich das so genannte Resistenzmanagement, d.h. der wechselnde Anbau nematodenresistenter und -anfälliger Zuckerrübensorten, unabhängig von der Risikopräferenz des Entscheidungsträgers als am vorzüglichsten. In der verbreiteten dreijährigen Fruchtfolge verzichten risikoneutrale Entscheidungsträger auf Nematodenmanagement, während risikoaverse Entscheidungsträger den frühen Anbau nematodenresistenter Zwischenfrüchte nach Stoppelweizen bzw. Wintergerste gegenüber einer Fruchtfolge ohne Nematodenmanagement präferieren könnten. Selbst bei Fruchtfolgen, in denen Zuckerrüben lediglich alle vier Jahre angebaut werden, senkt Nematodenmanagement noch die Volatilität der Zielgröße.<br /> Als Ansatzpunkt für Modellerweiterungen werden abschließend gesamtbetriebliche Planungs- und Optimierungsansätze diskutiert

<strong>Concept and development of a decision-support-system for the integrated nematodemanagement in sugar beet cultivation</strong><br /> With regard to the forthcoming price cut within the reform of the Common Market Organization for sugar it is vital to form the sugar beet cultivation as efficiently as possible to preserve its intrafarm competitiveness. Integrated management of the most important pest in sugar beets, the sugar beet cyst nematode Heterodera schachtii, is an essential component of efficient sugar beet cultivation. In this doctoral thesis a bioeconomic decision-support-system (dss) is developed as a stand-alone computer program. It enables farmers and their advisers to assess the excellence of the measures available within the integrated nematode management by predicting their economic consequences.<br /> The developed biological-technical simulation models serve as an information system of the dss and enclose the simulation and prediction of the nematodes abundance under hosts and nonhosts and under the influence of the management measures, as well as the sugar beet yield development with and without the influence of the nematode. The simulation models are dynamic and stochastic. Their development occurs according to the pattern concept - formalization of the model elements in form of mathematical equations - calibration of the model parameters - verification and validation of the model. The calibration of the model parameters is based upon evaluations of long-time nematological and agronomic field trials located in the Rhineland, references, expert's opinions and additional feasible assumptions.<br /> With the dss long-term simulation experiments are carried out in which the costs caused by carry-over effects of the single management measures can be grasped for comparative assessments. The political system environment for these experiments is the EU's Common Mar-ket Organization for sugar valid until 2006 and its regional implementation by the sugar producer Pfeifer & Langen based in Cologne. The most important result of these simulation experiments is that the main achievement of the considered measures for nematode management exists in the reduction of the variability of the economic model output "accumulated total gross margin". Hence, nematode management is primarily recommended as an instrument of risk management in sugar beet cultivation. In two-year sugar beet rotations, the so-called resistance management, i.e. the alternating cultivation of nematode resistant and susceptible sugar beet cultivars, turns out most superior independent of the decision makers risk preference. Indeed, in widespread three-year sugar beet rotations risk neutral decision makers resign nematode management, but risk averse decision makers could prefer early catch crop cultivation after wheat or winter barley to a crop rotation without nematode management. Even in four-year sugar beet rotations nematode management still reduces the accumulated total gross margin's volatility.<br /> Finally, attempts of total rotation planning and optimization are discussed as a first step for further model development.