Att använda dessa gasningsmedel för att kontrollera jordburna sjukdomar hade positiva effekter på grödan bortom sjukdomskontroll. Den totala och säljbara avkastningen och knölsättningen var högre i områden som behandlats med endera desinfektionsmedlet än de var i de icke-fumigerade kontrollytorna vid alla de testade kvävehastigheterna.
I det nordamerikanska potatisjordbruket används ofta kemiska gasningsmedel som metamnatrium och kloropicrin för att bekämpa jordburna sjukdomar. Men detta tillvägagångssätt för att undertrycka sjukdomar kan vara ett tveeggat svärd.
Å ena sidan är gasning mycket effektiv för att kontrollera jordburna sjukdomar som vanlig skorv och potatis som dör tidigt, åtminstone under en växtsäsong. Med färre jordburna patogener kan potatisplantor utveckla friskare, mer robusta rotsystem, vilket gör dem bättre på att fånga upp marknäring och minska kraven på kvävetillförsel. Alternativt kan jordburen sjukdomsdämpning öka kvävetillförseln genom att öka den maximala avkastning som grödan kan uppnå.
Å andra sidan har jordgasningsmedel effekter på markens mikrobiella samhälle utöver deras effekter på patogener. Till exempel har gasningsmedel visat sig minska hastigheten för markens kvävecirkulation och mikrobiell andning. De kan också minska populationer av vissa sjukdomsdämpande mikrober, vilket ökar graden till vilken odlaren måste förlita sig på gasning för att kontrollera patogener i framtiden. Kort sagt kan kemisk jordgasning ha en negativ effekt på markens hälsa.
Vår inställning till denna fråga
Vi använde ordet "kan" mycket i de två sista styckena. Hittills har det gjorts mycket lite forskning om huruvida gasning förändrar den optimala kvävehastigheten i någon gröda. Det är också okänt hur lång tid det tar för det mikrobiella samhället att återhämta sig från en gasbehandling, eller om det någonsin gör det.
Vi tänkte ta upp dessa frågor i en fältstudie på Russet Burbank-potatis som genomfördes 2016 och 2017. Varje år hade vi undersökningar som desinficerades på hösten innan potatis planterades med metamnatrium eller kloropicrin. En icke-fumigerad kontroll inkluderades också. Året därpå delades varje tomt in i fem delområden, som var och en fick kväve i olika takt. Alla subplotter fick 40 pund kväve per hektar som DAP (18-46-0) vid plantering, och var och en fick antingen 0, 80, 140, 200 eller 260 pund per hektar som ESN (44-0-0) vid uppkomsten, för totala kvävehastigheter på 40, 120, 180, 240 eller 300 pund per hektar.
Vi mätte grödans svar på dessa gasbehandlingar och kvävehastighetsbehandlingar i termer av knölsättning, avkastning, storlek och kvalitet, symtom på att potatisen dör tidigt, mängden kväve som tagits upp per tillfört pund och ökningen i avkastning per tillfört pund kväve, bland annat. Vi mätte markens mikrobiella svar i termer av Verticillium-propaguledensitet, andningshastigheter och marknitrat- och ammoniumkoncentrationer.
Gasning dämpar sjukdomar, förbättrar avkastningen
Som väntat tjänade gasningsmedel framgångsrikt sitt primära syfte att kontrollera jordburna patogener. De båda minskade populationer av livskraftiga Verticillium dahlia fortplantning i jorden och svårighetsgraden av bladsymtom på att potatis dör tidigt. Kloropikrin minskade också förekomsten av vanlig sårskorpa i knölar.
Att använda dessa gasningsmedel för att kontrollera jordburna sjukdomar hade positiva effekter på grödan bortom sjukdomskontroll. Den totala och säljbara avkastningen och knölsättningen var högre i områden som behandlats med endera desinfektionsmedlet än de var i de icke-fumigerade kontrollytorna vid alla de testade kvävehastigheterna. Denna effekt på avkastningen ändrade inte på ett meningsfullt sätt den agronomiska optimala kvävehastigheten vid vilken avkastningen maximerades.
Mängden kväve som grödan tog upp per tunnland och per pund tillfört kväve var båda högre i områden som desinficerats med kloropicrin eller metamnatrium än i icke-fumigerade kontrollområden. Användningen av endera desinfektionsmedlet ökade också mängden utbyte som producerades per pund tillfört kväve. Alla dessa skillnader återspeglar skillnaderna mellan behandlingar i knölskörd (biomassa) som beskrivs i föregående stycke. De berodde inte på skillnader i knölkvävekoncentration eller mängden kväve som fanns i vinstockarna precis innan vinstockar dödade.
Inte en magisk kula
Medan kloropicrin och metamnatrium båda gav fördelar när det gäller sjukdomskontroll, avkastning och kväveanvändningseffektivitet, var deras effekt på mikrobiell aktivitet utanför patogener generellt sett negativ. Baserat på CO2 utsläpp från marken, som är starkt relaterade till mikrobiell aktivitet, båda desinfektionsmedel undertryckte den övergripande mikrobiell aktivitet före plantering och vid mellansäsong. Effekten var inte längre påvisbar efter skörd. I förplantningsprovet var metamnatriums effekt särskilt stark.
Tomter som behandlats med endera desinfektionsmedlet hade högre ammoniumkoncentrationer i jorden än de icke-fumigerade kontrollytorna vid plantering och mellansäsong. Detta indikerar att jordmikrober inte omvandlade ammonium till nitrat effektivt under gasning; denna effekt var särskilt stark när kloropicrin var desinfektionsmedlet. Så, förutom att undertrycka mikrobiell aktivitet i allmänhet, bromsade gasning hastigheten av kvävets kretslopp i jorden.
Vad fungerar egentligen?
Våra resultat visar att medan gasning i marken med metamnatrium eller kloropicrin är fördelaktigt för potatisgrödan på kort sikt, är en bieffekt en minskning av markens mikrobiell aktivitet och förändrad kvävekretslopp. Hur detta påverkar markens hälsa är osäkert, och det kommer att ta en längre sikt för att ta reda på det - en som tittar närmare på markens hälsa och det mikrobiella samhället.
Det är också viktigt att överväga andra vägar för att kontrollera jordburna patogener, särskilt om kemiska desinfektionsmedel visar sig vara skadliga för markens hälsa på lång sikt. Finns det andra hållbara alternativ för odlare att kontrollera jordburna patogener? Kan gasning användas mindre frekvent eller i kombination med inokulering av nyttiga mikrober? Att upprätthålla markens hälsa är väsentligt för att en jordbruksverksamhet ska överleva på lång sikt, men strategier för att främja markhälsa får inte vara så kostsamma att de äventyrar gårdens livskraft på kort sikt.
För att ta itu med dessa frågor samarbetar vi med forskare över hela landet i en multistatlig utredning om hur markhälsa påverkas av förvaltningsbeslut i potatisodlingssystem, om metoder för att förbättra markhälsan fungerar bra i dessa system, och hur plantering och inkorporering biofumigant täckgrödor som senap jämförs med kemisk gasning för att främja avkastning och undertrycka sjukdomar.
Detta Specialty Crop Research Initiative- och USDA/NIFA-finansierade projekt är inne på sitt fjärde år, och det år då vi kommer att få som minst preliminära svar på dessa frågor. Att förbättra jordens hälsa är en långsam och komplex process, särskilt med en utmanande gröda som potatis. Därför kommer denna studie att behöva förlängas efter 2022 för att ta reda på om effektiva strategier fortsätter att förbättra markens hälsa samtidigt som de kontrollerar jordburna patogener över flera rotationer och år.
- Denna forskning stöddes med finansiering från Minnesota Area II Potato Council, Minnesota Agricultural Fertilizer Research & Education Council och TriEst Ag Group, Inc. Resultaten publicerades i American Journal of Potato Research September 2021.
- Studieförfattare inkluderar James Crants, Carl Rosen och Linda Kinkel vid University of Minnesota; José Pablo Dundore-Arias vid California State University, Monterey Bay; och Andy Robinson och Neil Gudmestad vid North Dakota State University.