Analysen zur Glyphosatanwendung im Ackerbau – Ertragseffekte, Anwendungsmuster und Bestimmungsfaktoren

Analysis of agriculture uses of glyphosate: Yield effects, use patterns, and determinants

by Armin Wiese
Doctoral thesis
Date of Examination:2018-05-17
Date of issue:2019-01-24
Advisor:Prof. Dr. Ludwig Theuvsen
Referee:Prof. Dr. Ludwig Theuvsen
Referee:Dr. Horst-Henning Steinmann
Referee:Prof. Dr. Peter Zwerger
Referee:PD Dr. Martin Potthoff
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7246

 

 

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Abstract

English

Glyphosate is the most commonly used active ingredient in pesticides in the world. However, in Germany, as in the rest of the European Union, its use is surrounded by controversy: Should its use continue to be approved? Are single applications necessary? If so, how much should be applied? To answer such questions regarding the future handling of glyphosate herbicides, insight is needed into their use and yield impacts. The purpose of this dissertation was to identify the determinants and detailed patterns of glyphosate use and to review its yield impacts in non-GMO arable farming. Data was gathered and analysed from 2,026 farming operations with or without glyphosate use. The growing season 2013/2014 was set as a reference. The questionnaire addressed 38 constructs regarding farm data, details of glyphosate use and professional and personal attitudes towards glyphosate pesticides. This was supported by a literature review (n=6,841 articles) providing an overview of global glyphosate use and yield impacts. The part of the glyphosate use survey containing questions about individual attitudes towards glyphosate use, the need for its use and alternatives to its use identified wide variance among respondents. Similarly, farms vary greatly regarding the intensity of their glyphosate use. Several methods were used to identify and analyse use patterns: means comparisons, regression analyses, structural equation modelling and a cluster analysis. While some of the farms did not use glyphosate at all, others used it at least once on their entire arable area. Between these extreme groups lies a large spectrum of farm types that differ in several operational aspects. In all, seven clusters were identified. Farms with greater glyphosate use in preharvest, postharvest and presowing applications tend to plough less, employ fewer workers per hectare and/or be larger. These farms can be characterized as “rationalized farms”; while they have the smallest workforce and the lowest tillage levels, they also suffer greater herbicide efficacy losses than any other farm type. These farm types would most likely be impacted more than others by any goals set for the reduction of glyphosate use and be forced to reorganize their farm management practices. Determinants of glyphosate use vary greatly since scopes of application tend to be crop-specific. Thus, every application is integrated differently into the operational management of different farms and has its own specific characteristics. However, it stood out that the intense postharvest application in rapeseed production does not result in a great reduction in tillage; instead, this application produced greater effects on worker efficiency than did others. Moreover, perennial weeds are not considered as cogent a reason to use glyphosate as weed populations that are felt to be resistant to other pesticides. The frequency distributions of farms' crop-specific glyphosate use are U-shaped: A large percentage of farms don’t apply glyphosate, but, at the same time, a large number apply it on their entire cultivated area. Yet, there are also many farms between these extremes that use glyphosate only site or field specific. An analysis of 11,900 peer-reviewed journals and 42 studies on the yield effects of glyphosate use revealed research gaps. In all, we located 6,841 relevant articles. A cluster analysis showed that a large part of the research was related to glyphosate-resistant cropping systems and toxicological topics. Information on glyphosate yield effects in non-GMO cropping systems is also available—albeit rarely. Sixty-seven papers addressed the yield or weed control effects of postharvest, presowing or preharvest treatment, while only 42 addressed yield effects. Of these 42 studies, four had been conducted in Europe. Considering the highly diverse glyphosate application patterns, after examining the results of all 42 articles, we concluded that there is no scientific basis for published economic calculations on glyphosate yield benefits. To cover current cropping systems adequately, future studies need to be adapted to Europe-specific arable farming conditions. Although research on the yield efficacy of glyphosate is still needed, based on findings of this dissertation it is clear that well-substantiated information regarding the use of glyphosate is already available. The empirical analysis in this dissertation shows that there are reasons for the assumption that glyphosate is often used as part of a routine process. The farm-specific patterns we identified clearly indicate the farm-specific adjustment costs that will result should glyphosate be banned.
Keywords: bibliometrics; glyphosate; herbicides; review; statistical survey

German

Glyphosat ist weltweit und auch in Europa der am häufigsten eingesetzte Pflanzenschutzmittel-Wirkstoff. In Deutschland und in der gesamten EU wird darüber diskutiert, ob Glyphosat weiterhin zulassungsfähig ist, aber auch die Notwendigkeit einzelner Anwendungen und der Anwendungsumfang stehen zur Debatte. Um Fragen zum zukünftigen Umgang mit Glyphosatherbiziden zu klären, sind zunächst jedoch weitere Erkenntnisse zum Einsatz, aber auch zur Ertragswirkung notwendig. Ziel der vorliegenden Dissertation war es, zum Glyphosateinsatz Bestimmungsfaktoren und detaillierte Anwendungsmuster zu bestimmen sowie eine Übersicht über Auswirkungen auf den Ertrag von Kulturen im Nicht-GVO-Anbau zu erstellen. Zu diesem Zweck wurde mit einer Landwirte-Befragung ein Datensatz (n = 2026) zum Glyphosateinsatz generiert und ausgewertet, sowie eine Übersicht zu weltweiten Glyphosat-Studien erstellt (n = 6841), die dann auf Beziehungen zu Ertragswirkungen im Nicht-GVO-Anbau analysiert worden sind. Der Fragebogen umfasste 38 Fragekonstrukte bestehend aus betrieblichen Daten, Details zur Glyphosatanwendung sowie fachlichen und persönlichen Einschätzungen. Ein Teil der Umfrage enthielt auch Fragen zur individuellen Einstellung des Teilnehmenden zu Glyphosat. Dabei wurde deutlich, dass die Meinungen zum Nutzen, zur Notwendigkeit und zu Substitutionsmöglichkeiten stark variieren. Ebenso unterscheiden sich auch die Betriebe hinsichtlich des Glyphosateinsatzes. Mittelwertvergleiche, Regressionsanalysen, Strukturgleichungsmodelle und eine Cluster-Analyse wurden dabei zur Analyse angewandt. Während ein Teil der Landwirte im Jahr der Erhebung komplett auf Glyphosat verzichteten, wendeten es andere Betriebe mindestens einmal auf der gesamten Ackerfläche an. Zwischen diesen Extremgruppen gibt es eine ganze Bandbreite an Betriebstypen, die sich anhand verschiedener betrieblicher Parameter unterscheiden und mittels einer Cluster-Analyse zu sieben Gruppen zusammengefasst worden sind. Betriebe mit einem höheren Glyphosateinsatz in den Anwendungsbereichen Vorernte, Stoppel- und Vorsaatbehandlung weisen tendenziell einen niedrigeren Pflugeinsatz, einen niedrigeren Arbeitskräftebesatz und/oder mehr Ackerfläche auf. Betriebe im Cluster mit dem intensivsten Glyphosat-Einsatz werden als „rationalisierte Betriebe“ bezeichnet; sie weisen den niedrigsten Arbeitskräftebesatz und im Durchschnitt nur einen geringen Anteil wendender Bodenbearbeitung auf und haben – mehr als alle anderen Cluster – bereits erhebliche Probleme hinsichtlich Minderwirkungen bei selektiven Herbiziden. Es wurde diskutiert, dass diese Betriebstypen am deutlichsten von Reduktionszielen betroffen wären und womöglich sogar ihr Anbaumanagement umstellen müssten. Bestimmungsfaktoren des Glyphosateinsatzes variieren zwischen kulturspezifischen Anwendungsbereichen stark. Jede Anwendung ist unterschiedlich in das jeweilige Betriebsmanagement integriert und weist eigene Besonderheiten auf. Es fällt jedoch auf, dass die Intensität der Raps-Stoppelbehandlung nicht im Zusammenhang mit einer reduzierten Bodenbearbeitung steht. Bei dieser Anwendung steht die Arbeitsökonomie stärker im Vordergrund als bei anderen Anwendungen. Wurzelunkräuter sind weniger als Grund für Glyphosatanwendungen anzusehen als vielmehr Unkrautpopulationen, die mit den übrigen Herbiziden als schwer bekämpfbar angesehen werden. Die betrieblichen Anwendungsverteilungen der kulturspezifischen Glyphosat-Anwendungsbereiche weisen jeweils eine U-Verteilung auf: Jeweils ein großer Anteil verzichtet auf Anwendungen, während ein anderer großer Anteil diese auf der gesamten Kulturfläche appliziert. Jedoch wendet auch ein mehr oder minder hoher Anteil an Landwirten Glyphosat nur auf einzelnen Schlägen oder Teilflächen an. Die Auswertung von 11.900 Peer-Review-Magazinen und die Diskussion von 42 Studien mit Bezug zu Ertragswirkungen hat ergeben, dass für ökonomische Analysen des Glyphosateinsatzes in europäischen Anbausystemen keine validen Aussagen zu Ertragswirkungen in aktuellen Nicht-GVO-Anbausystemen getroffen werden können, da Glyphosat-Ertragswirkungen hinsichtlich der vorhandenen Anwendungsmuster noch nicht hinreichend beschrieben worden sind. Es wird empfohlen, dies nachzuholen, um eindeutige Aussagen über den betriebswirtschaftlichen Nutzen machen zu können, aber auch um eine Entscheidungsgrundlage für Landwirte anzubieten. Während es für Wirkungsstudien noch Forschungsbedarf gibt, liegen basierend auf dieser Arbeit bereits fundierte Erkenntnisse zur Anwendung von Glyphosat vor. Die empirische Analyse dieser Dissertation gibt Anlass zu der Vermutung, dass Glyphosat oftmals auch als Routineanwendung in stark rationalisierten Betriebsabläufen zum Einsatz kommt. Dies gilt insbesondere für die Stoppelanwendungen. Entsprechend den von Betrieb zu Betrieb unterschiedlichen Anwendungsmustern werden die Anpassungskosten im Falle eines Glyphosatverbots auf einigen Betrieben sehr gering ausfallen oder gar nicht vorhanden sein und auf anderen Betrieben sehr groß ausfallen. Einige Betriebe werden ihr Anbaumanagement deutlich umstellen müssen.
 
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