De aanwezigheid van hoge zout- en stikstofconcentraties in bodems met hoge tunnels kan het moeilijker maken om een ​​gezond bodemmicrobioom te herstellen na een bodemopruimingsgebeurtenis, volgens microbiële ecologen van het Penn State's College of Agricultural Sciences.

Hun onderzoeksresultaten hebben belangrijke implicaties voor de bodemvruchtbaarheid, en bij uitbreiding, gewasgezondheid en opbrengst, legde Laura Kaminsky uit, een promovendus in de plantenpathologie, die het onderzoek leidde onder leiding van Terrence Bell, assistent-professor fytobiomen.

"Planten groeien over het algemeen beter met een actieve en diverse gemeenschap van bacteriën, schimmels en andere microben in de bodem, "zei ze. "Als deze microben worden uitgeroeid door een grondopruimingsgebeurtenis, we willen weten hoe snel het bodemmicrobioom terugveert en welke microben het meest succesvol zijn in het herstellen. Onze studie legt de basis voor de toekomstige ontwikkeling van richtlijnen die boeren zullen helpen bij het herbouwen van de bodem door middel van microbiële additieven."

De onderzoekers richtten zich op landbouwsystemen die hoge tunnels gebruiken, die van kunststof zijn, kasachtige constructies die over een stuk veldgrond zijn geplaatst. Deze structuren worden gebruikt om het groeiseizoen te verlengen en om hoogwaardige gewassen zoals tomaten in een meer beschermde omgeving te telen.

Echter, de kwaliteit van de grond onder hoge tunnels heeft de neiging om na verloop van tijd achteruit te gaan. "Als hetzelfde gewas jaar na jaar in een hoge tunnel wordt verbouwd, pathogenen die specifiek zijn voor dat gewas hopen zich op steeds hogere niveaus in de bodem op en veroorzaken toenemende hoeveelheden gewasziekte, ' zei Kaminsky.

Een manier om deze toenemende ziektedruk te beheersen, is door de populatie van ziekteverwekkers te verminderen door de hele microbiële gemeenschap in de bodem uit te roeien. die wordt gedaan met chemische begassing of minder harde praktijken zoals anaërobe bodemontsmetting en bodemsolarisatie.

Het probleem, Kaminsky wees erop, is dat deze grondopruimingspraktijken zonder onderscheid bodemmicroben elimineren, inclusief microben die voordelen bieden aan gewassen en microben die algemene bodemfuncties vervullen, zoals nutriëntenkringloop.

Kaminsky en Bell's experimenten, die in 2018 en 2019 plaatsvond in Buckhout Laboratory, specifiek gekeken of een hoog bodemzoutgehalte en hoge stikstofconcentraties in de bodem - twee bodemeigenschappen die zich vaak in de loop van de tijd onder hoge tunnels ontwikkelen - de ontwikkeling van het bodemmicrobioom veranderden.

Om dat te doen, de onderzoekers begroeven kleine nylon gaaszakken met niet-gesteriliseerde "bron" -grond in gesteriliseerde "ontvanger" -grond en lieten ze zeven weken incuberen. Hierdoor konden microben zich koloniseren in de ontvangende grond, simuleren hoe microben uit de grond rond een gebied met geruimde grond na verloop van tijd terug zouden koloniseren in de geruimde grond. Ontvangende bodems werden gewijzigd met zout, stikstof, beide of geen van beide om te bepalen of deze eigenschappen de samenstelling van de microbiële gemeenschappen in de ontvangende bodem beïnvloedden.

Het team bemonsterde de ontvangende grond op twee tijdstippen:een week en zeven weken incubatie. Op elk tijdstip, onderzoekers karakteriseerden de microbiële gemeenschap door microbiële biomassa te meten en een catalogus te maken van de aanwezige bacteriesoorten met behulp van gen-sequencing-technieken.

Na de eerste week, de microbiële gemeenschappen hadden een relatief lage biomassa en werden gedomineerd door een zeer beperkte reeks soorten in de geslachten Bacillus en Paenibacillus. Tegen zeven weken, er was een veel grotere en meer diverse microbiële gemeenschap aanwezig.

"Op elk tijdstip er waren bepaalde bacteriesoorten aanwezig in elke microkosmos, ongeacht de ontvangende bodembehandeling, "Zei Kaminsky. "We noemden deze 'universele kolonisatoren, ' en de meeste hiervan waren in het geslacht Bacillus of Paenibacillus. Dit is niet verrassend, aangezien bekend is dat deze bacteriële taxa alomtegenwoordig zijn en snel groeien in bodemomgevingen."

In de ontvangende bodems waaraan zout en stikstof zijn toegevoegd, de accumulatie van biomassa en bacteriële diversiteit was significant beperkt in vergelijking met ontvangende bodems zonder toevoegingen. Dat is, hoger bodemzoutgehalte en hogere bodemstikstof vertraagden het herstel van een divers bodemmicrobioom.

"Het was niet verwonderlijk dat een hoog zoutgehalte van de bodem dit resultaat opleverde, aangezien zout een aanzienlijke belasting vormt voor veel microben, " Zei Kaminsky. "Het was enigszins verrassend dat hoge bodemstikstof dit resultaat opleverde, omdat stikstof een voedingsbron is in plaats van een stressfactor. Echter, het kan de voorkeur hebben gegeven aan een minder diverse subset van snelgroeiende microben, leidend tot de resultaten die we zagen."

De bevindingen, gepubliceerd in Milieumicrobiologie , suggereren dat factoren zoals ophoping van voedingsstoffen en zout, wat vooral problematisch kan zijn in hoge tunnelsystemen, kan belangrijk zijn bij het bepalen welke koloniserende microben overleven, zei Bel. Hij merkte op dat Kaminsky Penn State Extension-programma's heeft ontwikkeld om de resultaten met telers te delen.

"Laura heeft hard gewerkt om zowel toonaangevende onderzoeksvaardigheden als communicatieve vaardigheden te ontwikkelen waarmee ze de stand van kennis in ons vakgebied kan doorgeven aan boeren en andere belanghebbenden, " hij zei.