Het gebruik van deze ontsmettingsmiddelen om bodemziekten te bestrijden had positieve effecten op het gewas die verder gingen dan ziektebestrijding. De totale en verhandelbare opbrengst en knollenzetting waren hoger in percelen die met een van beide ontsmettingsmiddelen waren behandeld dan in de niet-gegaste controlepercelen bij alle geteste stikstofhoeveelheden.
In de Noord-Amerikaanse aardappelteelt worden vaak chemische ontsmettingsmiddelen zoals metamnatrium en chloorpicrine gebruikt om bodemziekten te bestrijden. Deze benadering van ziekteonderdrukking kan echter een tweesnijdend zwaard zijn.
Enerzijds is fumigatie zeer effectief bij het beheersen van bodemziekten zoals schurft en vroeg afstervende aardappelen, in ieder geval gedurende één groeiseizoen. Met minder bodempathogenen kunnen aardappelplanten gezondere, robuustere wortelstelsels ontwikkelen, waardoor ze beter in staat zijn om voedingsstoffen in de bodem op te nemen en de behoefte aan stikstoftoevoer te verminderen. Een andere mogelijkheid is de onderdrukking van door de bodem overgedragen ziekten toename stikstofbehoefte door de maximale opbrengst van het gewas te vergroten.
Aan de andere kant hebben bodemontsmettingsmiddelen effecten op de microbiële gemeenschap in de bodem die verder gaan dan hun effecten op ziekteverwekkers. Er is bijvoorbeeld gevonden dat ontsmettingsmiddelen de stikstofkringloop in de bodem en de microbiële ademhaling verminderen. Ze kunnen ook de populaties van sommige ziekteonderdrukkende microben verminderen, waardoor de teler in de toekomst meer moet vertrouwen op fumigatie om ziekteverwekkers te bestrijden. Kortom, chemische bodemontsmetting kan een negatief effect hebben op de bodemgezondheid.
Onze benadering van deze vraag
We gebruikten het woord "kan" veel in de laatste twee paragrafen. Tot op heden is er zeer weinig onderzoek gedaan naar de vraag of begassing de optimale stikstofhoeveelheid in welk gewas dan ook verandert. Het is ook niet bekend hoe lang het duurt voordat de microbiële gemeenschap herstelt van een ontsmettingsbehandeling, en of dit ooit zal gebeuren.
We wilden deze vragen beantwoorden in a veldstudie op Russet Burbank-aardappelen uitgevoerd in 2016 en 2017. Elk jaar lieten we studiepercelen in de herfst ontsmetten voordat de aardappelen werden geplant met metam-natrium of chloorpicrine. Een niet-gegaste controle werd ook opgenomen. In het volgende jaar werd elk perceel verdeeld in vijf subpercelen, die elk in een ander tempo stikstof kregen. Alle subpercelen ontvingen 40 pond stikstof per acre als DAP (18-46-0) bij het planten, en elk ontving ofwel 0, 80, 140, 200 of 260 pond per acre als ESN (44-0-0) bij opkomst, voor totale stikstofsnelheden van 40, 120, 180, 240 of 300 pond per acre.
We hebben de gewasreacties op deze fumigatie- en stikstofdoseringsbehandelingen gemeten in termen van onder meer knolzetting, opbrengst, grootte en kwaliteit, symptomen van vroege aardappelsterfte, de hoeveelheid stikstof die per toegepaste pond is opgenomen en de toename van de opbrengst per toegepaste pond stikstof. We hebben bodemmicrobiële reacties gemeten in termen van Verticillium propagule-dichtheid, ademhalingssnelheden en bodemnitraat- en ammoniumconcentraties.
Fumigatie onderdrukt ziekte, verbetert de opbrengst
Zoals verwacht dienden ontsmettingsmiddelen met succes hun primaire doel, namelijk het beheersen van bodempathogenen. Ze hebben allebei de populaties van levensvatbaar verminderd Verticillium dahlia propagules in de bodem en de ernst van bladsymptomen van vroege aardappelsterfte. Chloropicrin verminderde ook de prevalentie van gewone schurft in knollen.
Het gebruik van deze ontsmettingsmiddelen om bodemziekten te bestrijden had positieve effecten op het gewas die verder gingen dan ziektebestrijding. De totale en verhandelbare opbrengst en knollenzetting waren hoger in percelen die met een van beide ontsmettingsmiddelen waren behandeld dan in de niet-gegaste controlepercelen bij alle geteste stikstofhoeveelheden. Dit effect op de opbrengst had geen betekenisvolle verandering in de agronomische optimale stikstofhoeveelheid waarmee de opbrengst werd gemaximaliseerd.
De hoeveelheid stikstof die het gewas opnam per acre en per pond toegepaste stikstof waren beide hoger in percelen die waren ontsmet met chloorpicrine of metam-natrium dan in niet-gegaste controlepercelen. Het gebruik van beide ontsmettingsmiddelen verhoogde ook de hoeveelheid geproduceerde opbrengst per pond toegepaste stikstof. Al deze verschillen weerspiegelen de in de vorige paragraaf beschreven verschillen tussen behandelingen in knolopbrengst (biomassa). Ze waren niet het gevolg van verschillen in de stikstofconcentratie in de knol of de hoeveelheid stikstof die in de wijnstokken aanwezig was net voordat de wijnstok werd gedood.
Geen magische kogel
Hoewel chloorpicrine en metamnatrium beide voordelen opleverden in termen van ziektebestrijding, opbrengst en stikstofgebruiksefficiëntie, was hun effect op de microbiële activiteit buiten ziekteverwekkers over het algemeen negatief. Op basis van CO2 emissies uit de bodem, die sterk gerelateerd zijn aan microbiële activiteit, onderdrukten beide ontsmettingsmiddelen de algehele microbiële activiteit vóór het planten en halverwege het seizoen. Na de oogst was het effect niet meer waarneembaar. In het pre-plantmonster was het effect van metam-natrium bijzonder sterk.
Percelen behandeld met een van beide fumigatiemiddelen hadden hogere ammoniumconcentraties in de bodem dan de niet-gegaste controlepercelen bij het planten en halverwege het seizoen. Dit geeft aan dat bodemmicroben ammonium onder ontsmetting niet efficiënt in nitraat hebben omgezet; dit effect was vooral sterk wanneer chloorpicrine het ontsmettingsmiddel was. Dus naast het onderdrukken van microbiële activiteit in het algemeen, vertraagde ontsmetting de snelheid van stikstofcycli in de bodem.
Wat werkt eigenlijk?
Onze resultaten tonen aan dat, hoewel bodemontsmetting met metam-natrium of chloorpicrine op korte termijn gunstig is voor de aardappeloogst, een bijwerking een afname van de microbiële activiteit in de bodem en een veranderde stikstofcyclus is. Hoe dit de gezondheid van de bodem beïnvloedt, is onzeker, en het zal een langetermijnstudie vergen om erachter te komen - een studie die de bodemgezondheid en de microbiële gemeenschap nader bekijkt.
Het is ook belangrijk om andere manieren te overwegen om bodempathogenen te beheersen, vooral als chemische ontsmettingsmiddelen op de lange termijn schadelijk blijken te zijn voor de bodemgezondheid. Zijn er andere haalbare opties voor telers om bodempathogenen te bestrijden? Kan fumigatie minder vaak worden gebruikt of in combinatie met inenting van nuttige microben? Het handhaven van een gezonde bodem is van essentieel belang voor het voortbestaan van een landbouwbedrijf op de lange termijn, maar strategieën om de gezondheid van de bodem te bevorderen mogen niet zo duur zijn dat ze de levensvatbaarheid van de boerderij op korte termijn in gevaar brengen.
Om deze problemen aan te pakken, werken we samen met onderzoekers in het hele land in een onderzoek in meerdere staten naar hoe de bodemgezondheid wordt beïnvloed door managementbeslissingen in aardappelteeltsystemen, of methoden voor het verbeteren van de bodemgezondheid goed werken in deze systemen, en hoe het planten en opnemen van biofumigatiemiddelen zoals mosterd zich verhoudt tot chemische ontsmetting bij het bevorderen van de opbrengst en het onderdrukken van ziekten.
Dit door het Specialty Crop Research Initiative en USDA/NIFA gefinancierde project bevindt zich in zijn vierde jaar en het jaar waarin we de minste voorlopige antwoorden op deze vragen zullen krijgen. Het verbeteren van de bodemgezondheid is een langzaam en complex proces, zeker bij een uitdagend gewas als aardappelen. Daarom zal deze studie na 2022 moeten worden verlengd om te leren of effectieve strategieën de bodemgezondheid blijven verbeteren en tegelijkertijd bodempathogenen over meerdere rotaties en jaren beheersen.
- Dit onderzoek werd ondersteund met financiering van de Minnesota Area II Potato Council, Minnesota Agricultural Fertilizer Research & Education Council en TriEst Ag Group, Inc. De resultaten werden gepubliceerd in de Amerikaans tijdschrift voor aardappelonderzoek September 2021.
- Studie auteurs omvatten James Crants, Carl Rosen en Linda Kinkel aan de Universiteit van Minnesota; José Pablo Dundore-Arias aan de California State University, Monterey Bay; en Andy Robinson en Neil Gudmestad aan de North Dakota State University.