Unkräuter können als fehl am Platz wachsende Pflanzen definiert werden und sich schnell in Ökosystemen ansiedeln, die ihre natürlichen Feinde nicht unterstützen. Viele Methoden werden verwendet, um Unkraut unter Kontrolle zu halten. Dazu gehören das Verbrennen, Herausziehen oder Zerhacken und die Behandlung mit Herbiziden.
Gemüsebauern stuften Unkraut als Haupthindernis für die ökologische Pflanzenproduktion ein. In frühen Stadien des Pflanzenwachstums konkurrieren Unkräuter schneller als Saatgut um Wasser, Platz und Nährstoffe, insbesondere in den ersten 20 bis 30 Tagen des Pflanzenwachstums. Biobauern haben mechanischen Anbau und Handjäten eingesetzt, um Unkraut zu bekämpfen. Häufige Bodenbearbeitung verringert jedoch die Bodengesundheit und stört das Ökosystem. erhöht die Treibstoff- und Arbeitskosten und bringt vergrabene Unkrautsamen auf die Bodenoberfläche. Die biologische Bekämpfung ist vielversprechend für ein langfristiges, wirtschaftliches und umweltverträgliches Unkrautmanagement.
Was ist die biologische Unkrautbekämpfung?
Pflanzen werden als „Unkraut“ bezeichnet, wenn ihre natürlichen Feinde unwirksam werden oder nicht mehr existieren. In der Natur werden Pflanzen von natürlich vorkommenden Organismen biologisch kontrolliert. Bei der biologischen Bekämpfung von Unkräutern werden biologische Wirkstoffe verwendet, zu denen lebende Organismen wie Insekten, Nematoden, Bakterien oder Pilze gehören, um die Unkrautpopulationen zu verringern. Durch die Einführung biologischer Kontrollmittel versuchen wir, die Systeme der Natur wiederherzustellen oder zu verbessern.
Einführung in biologische Kontrollmittel
Die Verwendung von Kompost als Bodenmulch (4 bis 6 cm) kann bei der Unkrautbekämpfung am effektivsten sein. Komposte können jedoch in ihren chemischen und biologischen Bestandteilen je nach Herstellungsverfahren und Ausgangsmaterialkomponenten variieren. Darüber hinaus kann die Anwendung von Kompost in diesen Mengen teuer sein. Als Unkrautbekämpfungsmethode bieten chemisch und biologisch entworfene Kompostextrakte einen umweltfreundlichen Ansatz zur biologischen Bekämpfung, der herkömmliche Methoden ergänzt. Es hilft, den Bedarf an neuen Strategien zur Unkrautbekämpfung zu decken und gleichzeitig die Bodengesundheit zu schützen. Diese jährliche Anwendung von Kompostextrakten, die reich an biologischen Arbeitsstoffen sind, verringert die Expression von Unkraut, indem die Anzahl der im Boden gelagerten Unkrautsamen verringert wird.
So entwerfen Sie Kompostextrakt zur Reduzierung der Unkrautexpression
Nicht alle Komposte werden gleichermaßen hergestellt, und es wird auch nicht angenommen, dass ihre Extraktzubereitungen die biologischen Kontrollmittel enthalten, die auf bestimmte Unkräuter abzielen. Biobauern, egal ob sie Gemüse, Kräuter, Beeren oder einheimische Pflanzen anbauen, sind ständig mit Unkräutern konfrontiert, die schneller wachsen als ihre Geldernten. Zu diesen Unkräutern gehören Schweinekraut, Lammviertel, haariges Galinsoga und Kanadische Distel.
2015 habe ich Komposthaufen mit verschiedenen Rohstoffkomponenten in unterschiedlichen Raten vorbereitet, um die Vielfalt in der mikrobiellen Gemeinschaft zu fördern und anschließend Kompostextrakte herzustellen, die auf verschiedene Unkrautarten abzielen. Ein Komposthaufen (C1) wurde zu 30 Prozent braun (Hackschnitzel und Stroh), zu 50 Prozent grün (Laubmulch, Tomatenblatt und Stängel) und zu 20 Prozent mit hohem Stickstoffgehalt (Sonnenblume der ganzen Pflanze) hergestellt, und der zweite Komposthaufen (C2) hatte ähnliche Prozentsätze mit hohem Stickstoffgehalt, jedoch mit 50 Prozent Braun und 30 Prozent Grün der gleichen Rohstoffkomponenten. Diese Ausgangsmaterialien wurden gemischt und in 3 cm hohe Kompostbehälter aus verzinktem Hardware-Stoff mit einer Maschenweite von 91.4 cm (0.5 Zoll) geschichtet (Foto 1.27).
Die Pfähle wurden viermal gedreht, als die Temperaturen über 131 ° C (55 ° F) und 170 ° C (76.6 ° F) anstiegen. Ausgehärtete Komposthaufen wurden dann verwendet, um Kompostextrakte herzustellen, indem Luft in Behälter, die Kompost mit entionisiertem Wasser in mehreren Verdünnungen enthielten, 24 Stunden lang geblasen wurde, bevor sie unter kontrollierten Bedingungen an Unkraut- und Erntesamen getestet wurden.
Kompostextrakte wurden in Verdünnungen von 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1:10 und 1:20 hergestellt. Zehn Samen pro Unkrautart wurden in Petrischalen gegeben und bei jeder Verdünnung in drei Wiederholungen in einem Inkubator bei 24 ° C getestet. Der Prozentsatz der Keimung von Unkrautsamen wurde fünf Tage nach Beginn der Experimente bewertet. Auch in diesen Experimenten wurden Gurkensamen als Modell-Geldernte verwendet.
Was hat die Forschung gezeigt?
Die Ergebnisse zeigten, dass Komposthaufen bei ähnlichen Rohstoffen ihre chemische und biologische Verteilung durch das Verhältnis dieser Rohstoffe bestimmen (Tabelle 1).
Nur Kompostextrakte mit Verdünnungen von 1: 3 (Kompost zu Wasser (Volumen zu Volumen)) waren unter kontrollierten Bedingungen am wirksamsten bei der Verringerung der Keimung von Unkrautsamen. Aus C1-Haufen hergestellter Kompostextrakt reduzierte die Keimung von Schweinekraut um 20 Prozent im Vergleich zu entionisiertem Wasser bei p = 0.0032.
In ähnlicher Weise war der Prozentsatz der Keimung von Lammviertelsamen in C1- und C2-Kompostextrakten geringer (52% bzw. 57%), unterschied sich jedoch statistisch nicht von entionisiertem Wasser (65%). Bei der 1: 3-Verdünnung waren Gurkensamen nicht betroffen, da sie in 1: 2-Verdünnungen inkubiert wurden (zeigten eine starke Verringerung der Wurzeldehnung). Die Ergebnisse zeigten auch, dass sich sowohl C1 als auch C2 bei 1: 3-Verdünnungen bei p = 0.018 Gurkensamenkeimung (100% bzw. 87%) im Vergleich zu entionisiertem Wasser (43%) signifikant verbesserten. Während diese Ergebnisse einen Proof of Concept für die Verwendung chemisch und biologisch entworfener Kompostextrakte zur Verringerung der Expression von Unkräutern bestätigten, war es notwendig, dieses Konzept einen Schritt weiter zu gehen und seine Nützlichkeit unter Feldbedingungen zu bewerten.
Unsere Nachuntersuchung
Im Frühjahr 2016 wurde ein Feldversuch durchgeführt, um festzustellen, ob die Anwendung von Kompostextrakt C1 in 1: 3-Verdünnungen nützlich ist, um die Expression von Unkräutern im Vergleich zur Bodenbearbeitung zu unterdrücken (Standardbehandlung durch Züchter).
In einem randomisierten vollständigen Blockdesign (RCBD) mit vier Wiederholungen wurden zwei Behandlungen zur Anwendung von Kompostextrakt mit der Standardbehandlung des Züchters (Kultivierung zwischen Reihen von Kulturpflanzen) verglichen. Die erste Behandlung zur Anwendung von Kompostextrakt wird als Vor- und Nachpflanzung bezeichnet (Parzellen erhielten Kompostextrakte vor und nach dem Pflanzen der Geldernte), während die zweite Behandlung als Behandlung nach dem Pflanzen bezeichnet wird (Kompostextrakt wurde erst nach der Pflanzung angewendet) Geldernte wurde gepflanzt oder ausgesät).
Wenn Kompostextrakte auf Parzellen angewendet wurden, die Kompostbehandlungen gewidmet waren, wurden die Standardparzellen des Züchters mit Wasser behandelt. Das Land wurde zuvor zu Getreide-Roggen-Deckfrüchten geerntet. Der Boden wurde zwei Wochen vor dem Pflanzen des Kohls kultiviert, geschoren und verpackt. Kohlsämlinge 'Tender Sweet' wurden im März 2016 im Gewächshaus etabliert. Vierblättrige Sämlinge wurden am 30. April in zweireihige Beete mit einem Abstand von 76 cm zwischen den Reihen und einem Abstand von 18 cm innerhalb der Reihen gepflanzt , 46, fünf Tage nach der Bettvorbereitung. Kohltransplantationen wurden einen Monat lang mit Reihenabdeckungen bedeckt. Bei der Ernte wurden Kohlköpfe auf Kronenniveau geschnitten und der Ertrag aufgezeichnet.
Die Ergebnisse zeigten, dass Unkräuter in Kohlbeeten zu Beginn der Saison von Unkräutern dominiert wurden als von Gräsern (Bild 2). Zu den Unkräutern von Broadleaf (BL) gehörten hauptsächlich Pennsylvania Smartweed, Kanadische Distel und Ragweed. Andere BL-Unkräuter wie Samtblatt, Henbit, Vogelmiere, Klee und Luzerne hatten eine geringere Dichte. Die gesamte BL-Unkrautdichte in Parzellen, in denen Kompostextrakt vor und nach dem Pflanzen angewendet wurde, war um 43 Prozent niedriger als bei der Kultivierung (dh die Standardpraxis des Züchters (Abbildung 1.a).
Die Unkrautdichte der kanadischen Distel wurde in Parzellen, die zwei Anwendungen Kompostextrakt (vor und nach dem Pflanzen) erhielten, im Vergleich zur Kultivierungsbehandlung (Züchterstandard) auf 65 Prozent reduziert. In ähnlicher Weise wurde die Ragweed-Dichte um 57 Prozent reduziert, wenn die Parzellen zwei Anwendungen gegenüber einer Anwendung (nach dem Pflanzen) von Kompostextrakt erhielten. Die Kompostextrakte waren eher bei Unkräutern als bei grasartigen Unkräutern wirksam.
Einen Monat nach der ersten Beobachtung und vor der zweiten Kultivierung wurden bei jeder Behandlung die Unkrautdichten der Laubblätter bewertet. Am 13. Juni 2016 waren Kanadische Distel, Ragweed, Samtblatt und Pennycress die Hauptunkräuter. Die Dichte von kanadischen Distel- und Samtunkräutern wurde in Parzellen, die die entworfenen Kompostextrakt-C93-Anwendungen erhielten, im Vergleich zu denen in der Züchterbehandlung um 73 Prozent bzw. 1 Prozent reduziert (Abbildung 2). Dieser entworfene Kompostextrakt C1 reduzierte nicht die Expression von Samenunkräutern und das Wachstum von Ragweed- und Pennycress-Unkräutern.
Die Kohlausbeute war bei Behandlungen, die vor und nach dem Kompostextrakt angewendet wurden, höher, gefolgt von solchen, die nach dem Pflanzen angewendet wurden, und unterschieden sich signifikant von denen, die bei der Standardbehandlung des Züchters erzeugt wurden (Abbildung 3).
Balken mit gleichen Buchstaben unterscheiden sich statistisch nicht p = 0.05.
In einem weiteren experimentellen Versuch wurde der Kompostextrakt im Labor von Dr. T. Casey Barickman an der Mississippi State University auf sekundäre Pflanzenstoffe untersucht. Der Grund für die Prüfung auf sekundäre Pflanzenstoffe besteht darin, herauszufinden, ob der betreffende Kompostextrakt Chemikalien enthält, die die Keimung von Unkraut beeinträchtigen können. Die Ergebnisse zeigten, dass der hergestellte Kompost und sein Extrakt in 1: 3-Verdünnung keine Phenolsäuren oder Flavonoide enthielten, sondern nur Chlorogensäure. Chlorogensäure ist eine wichtige Zwischenverbindung im Pflanzenstoffwechsel und hat ein breites Spektrum an antimikrobiellen Eigenschaften. Es ist ein phytochemisches und antioxidatives Mittel, das in hohen Konzentrationen in Kaffee und Sonnenblumen enthalten ist. Dieses Vorhandensein von Chlorogensäure in diesem Kompostextrakt kann durch den Einschluss von Sonnenblumenpflanzen in das Ausgangsmaterial bei der Herstellung des Komposthaufens erklärt werden. Der Mittelwert der Chlorogensäure in Kompost-C1-Proben betrug 0.235 mg / g Trockengewicht. Um herauszufinden, ob die Chlorogensäure durch Hitze beeinflusst werden kann, wurden Proben von autoklavierten Kompostextrakten mit nicht autoklaven verglichen. Der Mittelwert der Chlorogensäure in nicht autoklavierten Kompostextrakten betrug 1.680 mg / g Trockengewicht und unterschied sich nicht von dem in autoklavierten Proben (1.623 mg / g).
Zusammenfassend kann die Technologie und Verwendung von Kompostextrakten mit chemisch und biologisch entworfenen Kompostextrakten in 1: 3-Verdünnungen während der Gemüseanbausaison als alternative Taktik zum Anbau und zur Unkrautbekämpfung von Hand sowie als potenzielle biologische Methode zur Unterdrückung von Unkraut dienen Ausdruck ohne Einfluss auf die Ernteerträge. Unkräuter variieren in der Zeit des Auflaufens, und daher sind während der gesamten Vegetationsperiode mehrere Anwendungen erforderlich, um die Unterdrückung von Unkrautsamen sicherzustellen.
Durch die Entwicklung und Verwendung von Kompostextrakten unter Berücksichtigung von Chemie und Biologie können die Erzeuger jetzt die Bodengesundheit erhalten, Ernteverluste bei bestimmten Unkräutern (wie Kanadische Distel und Samtblatt) minimieren und mit der Zeit die Bodenkapazität mit verschiedenen Mikroorganismen und sekundären Pflanzenstoffen aufbauen.
Diese Technologie ist sicher für Applikatoren und Verbraucher. Zukünftige Forschungsarbeiten werden sich auf die Identifizierung der biologischen Gemeinschaften ausweiten und herausfinden, welche wichtigen Bakterien- und Pilzorganismen die Rolle der Unterdrückung der Unkrautkeimung spielen. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Verwendung von Kompostextrakten mit unterschiedlichen Rohstoffkomponenten zur Bekämpfung anderer einjähriger und mehrjähriger Unkräuter zu bewerten und zu validieren.
Dieses Material basiert auf Arbeiten, die von Frontier Natural Products Cooperative, einem Northeast SARE Partnership Grant, im Rahmen der Grant Agreement Number ONE 16-278 und der Organic Farming Research Foundation (OFRF) unterstützt werden.
Dieser Artikel erschien erstmals in der März / April 2018-Ausgabe des Progressive Crop Consultant's Magazine.
Gladis Zinati, Ph.D. ist der assoziierte Wissenschaftler und Direktor der Versuch mit Gemüsesystemen at Rodale Institute.