Използването на тези фумиганти за контрол на болести, пренасяни от почвата, има положителен ефект върху културата извън контрола на болестите. Общият и търгуем добив и набор от грудки бяха по-високи в парцелите, третирани с който и да е фумигант, отколкото в нефумигираните контролни участъци при всички тествани нива на азот.
В земеделието на картофи в Северна Америка химическите фумиганти като метам натрий и хлоропикрин често се използват за контрол на болести, пренасяни от почвата. Този подход към потискането на болестта обаче може да бъде нож с две остриета.
От една страна, фумигацията е много ефективна при контролиране на болести, пренасяни от почвата, като обикновена краста и ранно умиране на картофи, поне за един вегетационен период. С по-малко патогени, пренасяни в почвата, картофените растения могат да развият по-здрави и по-здрави коренови системи, което ги прави по-добри при улавянето на хранителните вещества в почвата и намаляват изискванията за внасяне на азот. Алтернативно, потискането на болестите, пренасяни от почвата, може нараства изисквания за въвеждане на азот чрез увеличаване на максималния добив, който културата може да постигне.
От друга страна, почвените фумиганти имат въздействие върху почвената микробна общност извън тяхното въздействие върху патогените. Например, установено е, че фумигантите намаляват скоростта на цикъла на почвения азот и дишането на микробите. Те могат също така да намалят популациите на някои микроби, потискащи болестта, увеличавайки степента, до която производителите трябва да разчитат на фумигация, за да контролират патогените в бъдеще. Накратко, химическата фумигация на почвата може да има отрицателен ефект върху здравето на почвата.
Нашият подход към този въпрос
Използвахме думата „може“ много в последните два абзаца. Към днешна дата има много малко изследвания за това дали фумигацията променя оптималната концентрация на азот във всяка култура. Също така не е известно колко време е необходимо на микробната общност, за да се възстанови от третиране с фумигация, или ако някога се случи.
Ние се заехме да отговорим на тези въпроси в a теренно проучване върху картофи Russet Burbank, проведено през 2016 и 2017 г. Всяка година имахме проучвателни парцели, фумигирани през есента, преди картофите да бъдат засадени с метам натрий или хлоропикрин. Включена е и нефумигирана контрола. През следващата година всеки участък беше разделен на пет подучастъка, всеки от които получаваше азот с различна скорост. Всички подпарцели са получили 40 паунда азот на акър като DAP (18-46-0) при засаждането и всеки е получил или 0, 80, 140, 200 или 260 паунда на акър като ESN (44-0-0) при поникване, за общи нива на азот от 40, 120, 180, 240 или 300 паунда на акър.
Измерихме реакциите на културите към тези третирания с фумигация и азот по отношение на набора на грудки, добив, размер и качество, симптоми на ранно умиране на картофи, количеството азот, поето на приложен паунд, и увеличението на добива на паунд приложен азот, наред с други неща. Измерихме микробните реакции на почвата по отношение на плътността на размножаването на Verticillium, скоростта на дишане и концентрациите на нитрати и амоний в почвата.
Фумигацията потиска болестта, подобрява добива
Както се очакваше, фумигантите успешно изпълниха основната си цел да контролират пренасяните в почвата патогени. И двамата намаляват популациите на жизнеспособни Verticillium dahlia размножаване в почвата и тежестта на листните симптоми на ранното умиране на картофите. Хлоропикринът също така намалява разпространението на обикновената краста в грудките.
Използването на тези фумиганти за контрол на болести, пренасяни от почвата, има положителен ефект върху културата извън контрола на болестите. Общият и търгуем добив и набор от грудки бяха по-високи в парцелите, третирани с който и да е фумигант, отколкото в нефумигираните контролни участъци при всички тествани нива на азот. Този ефект върху добива не променя значимо агрономическия оптимален азотен процент, при който добивът се максимизира.
Количеството азот, което културата поема на акър и на фунт приложен азот, е по-високо в парцели, фумигирани с хлоропикрин или метам натрий, отколкото в нефумигирани контролни парцели. Използването на който и да е фумигант също увеличава количеството на добива, произведен на килограм приложен азот. Всички тези разлики отразяват разликите между третиранията в добива на грудки (биомаса), описани в предишния параграф. Те не се дължат на разлики в концентрацията на азот в клубените или на количеството азот, присъстващ в лозята непосредствено преди умъртвяването на лозата.
Не е магически куршум
Докато хлоропикринът и метам натрият осигуряват ползи по отношение на контрола на болестта, добива и ефективността на използването на азот, техният ефект върху микробната активност извън патогените като цяло е отрицателен. Въз основа на CO2 емисии от почвата, които са силно свързани с микробната активност, и двата фумиганта потискат общата микробна активност преди засаждането и в средата на сезона. Ефектът вече не се забелязва след прибиране на реколтата. В пробата преди засаждането ефектът на метам натрий е особено силен.
Парцелите, третирани с който и да е фумигант, са имали по-високи концентрации на амоний в почвата в сравнение с нефумигираните контролни парцели при засаждане и в средата на сезона. Това показва, че почвените микроби не са превърнали амония в нитрат ефективно при фумигация; този ефект е особено силен, когато хлоропикринът е фумигантът. Така че, в допълнение към потискането на микробната активност като цяло, фумигацията забавя скоростта на цикъла на азота в почвата.
Какво всъщност работи?
Нашите резултати показват, че докато фумигацията на почвата с метам натрий или хлоропикрин е от полза за картофената култура в краткосрочен план, страничен ефект е намаляване на микробната активност на почвата и променен азотен цикъл. Как това се отразява на здравето на почвата е несигурно и ще отнеме по-дългосрочно проучване, за да разберем - човек, който разглежда по-отблизо здравето на почвата и микробната общност.
Също така е важно да се обмислят други начини за контрол на пренасяните в почвата патогени, особено ако се установи, че химическите фумиганти са вредни за здравето на почвата в дългосрочен план. Има ли други жизнеспособни възможности за производителите да контролират пренасяните в почвата патогени? Може ли фумигацията да се използва по-рядко или в комбинация с инокулация на полезни микроби? Поддържането на здравето на почвата е от съществено значение за дългосрочното оцеляване на земеделската дейност, но стратегиите за насърчаване на здравето на почвата не трябва да бъдат толкова скъпи, че да компрометират жизнеспособността на фермата в краткосрочен план.
За да се справим с тези проблеми, ние си сътрудничим с изследователи от цялата страна в разследване на множество държави за това как здравето на почвата се влияе от управленските решения в системите за отглеждане на картофи, дали методите за подобряване на здравето на почвата работят добре в тези системи и как засаждането и включването биофумигантните покривни култури като горчица се сравняват с химическата фумигация за насърчаване на добива и потискане на болести.
Този проект, финансиран от Инициативата за изследване на специални култури и финансиран от USDA/NIFA, е в своята четвърта година и годината, в която ще получим най-малко предварителни отговори на тези въпроси. Подобряването на здравето на почвата е бавен и сложен процес, особено с предизвикателна култура като картофите. Следователно, това проучване ще трябва да бъде разширено след 2022 г., за да се научи дали ефективните стратегии продължават да подобряват здравето на почвата, като същевременно контролират пренасяните от почвата патогени в продължение на множество ротации и години.
- Това изследване беше подкрепено с финансиране от Съвета по картофи в Минесота зона II, Съвета за изследвания и образование за селскостопански торове в Минесота и TriEst Ag Group, Inc. Резултатите бяха публикувани в American Journal of Potato Research Септември 2021.
- Авторите на изследването включват Джеймс Крантс, Карл Розен и Линда Кинкел от Университета на Минесота; Хосе Пабло Дундоре-Ариас от Калифорнийския държавен университет, Монтерей Бей; и Анди Робинсън и Нийл Гудместад от Държавния университет в Северна Дакота.