Sehen Sie sich Teil 1 dieser Serie an hier.

Arbuskuläre Mykorrhizapilze [AM] sind natürlich vorkommende Pilze, die in den meisten, wenn nicht allen Böden vorkommen. Sie besiedeln die Wurzeln der meisten Kulturpflanzen, um eine wechselseitige (für beide Partner vorteilhafte) Symbiose zu bilden. Bemerkenswert unter den Kulturpflanzen, die diese Symbiose nicht bilden, sind Mitglieder der Senffamilie (z. B. Raps, Brokkoli), Spinat und Zuckerrüben. Die AM-Pilze unterstützen Pflanzen bei der Aufnahme von Mineralstoffen aus dem Boden und verbessern die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Trockenheit. Der Hauptvorteil für Pflanzen ist die verstärkte Aufnahme von Mineralstoffen wie Phosphor, Zink und Kupfer, die in der Bodenlösung „unbeweglich“ sind. Das heißt, sie lösen sich im Bodenwasser nicht gut auf und bewegen sich daher nicht in Richtung Wurzeln, wenn Pflanzen dem Boden Wasser entziehen. In Abwesenheit von Mykorrhizapilzen können diese Nährstoffe aus einer Entfernung von nur 1-2 mm von der Wurzel aufgenommen werden. Die fadenartigen Stränge („Hyphen“) der AM-Pilze, die sich außerhalb der Wurzel befinden, erstrecken sich 8 cm oder mehr von der Wurzel weg und erhöhen das Bodenvolumen, aus dem diese unbeweglichen Nährstoffe extrahiert werden können, drastisch.

Angesichts dieser Vorteile ist eine bessere Nutzung der AM-Symbiose für Landwirte attraktiv, insbesondere für Biobauern, die versuchen, die Betriebsmittel außerhalb der Landwirtschaft zu minimieren. Die Landwirte haben hierfür zwei Möglichkeiten: 1) Übernahme von Betriebsführungspraktiken, die die Funktion ihrer einheimischen Populationen von AM-Pilzen verbessern, oder 2) Impfung mit AM-Pilzen. Wirtschaftliche und praktische Einschränkungen machen Option 1 zum wahrscheinlichen Weg für Reihenbauern. Gemüsebauern, die ihre eigenen Sämlinge für die Auspflanzung auf dem Feld anbauen, können Inokula von AM-Pilzen effizient und wirtschaftlich einsetzen.

Das Inokulum von AM-Pilzen ist im Handel erhältlich, aber Landwirte können das Inokulum der in ihren Betrieben heimischen AM-Pilze mit einer einfachen und zuverlässigen Methode anbauen, die in Zusammenarbeit mit dem USDA und Forschern des Rodale Institute.

Die Methode

Allgemeine Grundsätze

  1. AM-Pilze sind „obligate Symbionten“, dh sie müssen eine Wirtspflanze besiedeln, um zu wachsen und ihren Lebenszyklus zu vervollständigen. Dies bedeutet, dass zur Herstellung eines Inokulums dieser Pilze der Zugang zu Pflanzen, insbesondere zu lebenden Pflanzenwurzeln, gewährleistet werden muss. Hier werden wir Bahiagrass (Paspalum notatum) Sämlinge verwenden. Bahiagrass ist ein guter Wirt für AM-Pilze und in gemäßigten Klimazonen nicht winterhart. Daher wird es im Inokulum nicht zu einem Unkrautschädling. Andere gramhaltige Arten sollten als Wirtspflanze fungieren, aber man sollte sicher sein, die Samenproduktion zu verbieten.
  2. Man muss daher die Dinge liefern, die die Pflanze zum Wachsen braucht: Nährstoffe, Wasser und Sonnenlicht. Nährstoffe werden über Kompost geliefert. Das Medium, in dem die Pflanzen wachsen und daher das Inokulum hergestellt wird, ist eine Mischung aus 1: 4 (Volumenbasis) von Kompost und Vermiculit. Stellen Sie das Inokulum-Produktionssystem nach Bedarf in vollem Sonnenlicht und Wasser auf.
  3. Schließlich braucht man ein "Starter-Inokulum". Das ursprüngliche Design dieser Methode (siehe Ressource Nr. 1 unten) beinhaltete die anfängliche Produktion der Bahiagrassämlinge in einer Blumenerde, die mit einzelnen Arten von AM-Pilzen beimpft wurde. Die Hoffnung war, dass nach Demonstration des Erfolgs der Methode kommerzielle Quellen die „vorkolonisierten“ Bahiagrass-Pflanzen zur Verfügung stellen würden. Dies ist nicht geschehen, weshalb eine andere Quelle für Starter-Inokulum untersucht werden muss.

Starter-Inokulum

Die Verwendung von Feldboden aus Ihrem Betrieb als Starter-Inokulum hat zwei Vorteile: Er ist kostenlos und die AM-Pilzgemeinschaft, die sich bereits in Ihrem Feldboden befindet, ist an Ihr Klima und Ihre Bodenbedingungen angepasst. Es gibt zwei Möglichkeiten, Feldboden in das Inokulum-Produktionsverfahren einzubeziehen: 1) Hinzufügen zu der Blumenerde, in der die Bahiagrass-Sämlinge vor dem Umpflanzen in das Inokulum-Produktionssystem gezüchtet werden, oder 2) Mischen des Bodens in die Kompost-Vermiculit-Mischung. Diese wurden beide in früheren Arbeiten untersucht (siehe Ressource Nr. 2 unten). Option 1 ist unattraktiv, da beim Sammeln von Feldern Boden gesammelt werden muss. Das aktuelle Projekt wurde initiiert, weil die Inokulumproduktion mit Option 2 inkonsistent war.

Überblick über das Inokulum-Produktionsverfahren auf dem Bauernhof

Das Zieldatum für die Einrichtung des Inokulum-Produktionssystems liegt unmittelbar nach der Gefahr des Frühlingsfrosts in Ihrer Region (siehe Abbildung 1). Beginnen Sie drei Monate vorher mit der Produktion Ihrer Bahiagrassämlinge. Es dauert eine Woche oder länger, bis sie keimen, und sie wachsen zunächst langsam. Füllen Sie dann, nachdem die Frostgefahr vorbei ist, 26.5 l (47404 Gallonen) Plastiktüten („Grow Bags“, Sunleaves Garden Products, Bloomington, IN 1) zu zwei Dritteln mit einer 4: 6.4 (v / v) Mischung aus gesiebtem (200 mm Maschenweite) Kompost bzw. Vermiculit. Als nächstes mischen Sie 3 cm5 (ca. eine Tasse) gesiebten Feldboden (mehr dazu weiter unten). Pflanzen Sie Ihre Bahiagrassämlinge in die Beutel, 2 pro Beutel. Jäten und gießen Sie die Beutel nach Bedarf während der gesamten Vegetationsperiode (siehe Abbildung 1). Es wird wahrscheinlich einige Unkrautsamen geben, die aus dem Kompost keimen, und das Ziel ist es, diese winterharten Pflanzen aus den Beuteln zu entfernen. Der Bahiagrass wird dann im Winter getötet, und die Säcke überwintern im Freien. Im folgenden Frühjahr werden die Kompost- und Vermiculitmischungen aus Beuteln geerntet und in gartenbauliche Blumenerde (9: XNUMX Inokulum: Medien, Volumenbasis) zur Verwendung im Gewächshaus zur Herstellung von Mykorrhizagemüsesämlingen gemischt.

Dieses Experiment

Es gibt keine einfache Möglichkeit, das Niveau der Population von AM-Pilzen in dem Boden zu überprüfen, den Sie als Starter-Inokulum ausgewählt haben, insbesondere da Sie es unmittelbar vor der Verwendung sammeln. Ziel dieses Experiments war es daher, Böden aus verschiedenen landwirtschaftlichen Lebensräumen als Starter-Inokulum für die On-Farm-Produktion von AM-Pilz-Inokulum zu testen, um eine allgemeine Empfehlung abzugeben, wo in Ihrem Betrieb Boden gesammelt werden soll.

Der Boden wurde am 15. Juni 2016 aus den folgenden Feldern am gesammelt Rodale Institute:
1. Weide
2. Waldzaunreihe
3. Das zuletzt auf Sojabohnen gepflanzte Feld, gefolgt von einer Winterweizen-Deckfrucht
4. Das zuletzt auf Weizen gepflanzte Feld, gefolgt von einer überwinternden Haarwicke
5. Feld, das zuletzt zu Mais gepflanzt wurde, gefolgt von einer Roggen-Deckfrucht

Pro Standort wurden 8 bis 10 Proben mit einer Tiefe von jeweils 6 Zoll gesammelt, die dann gepoolt wurden. Die Böden wurden gesiebt, um eine Maschenweite von 2 mm zu passieren, und 200 cm³ (ungefähr eine Tasse) wurden in das obere Viertel der Kompost-Vermiculit-Mischung eines Beutels gemischt. Für jede Bodenquelle wurden fünf Beutel vorbereitet. Zusätzlich erhielt ein Satz von 3 Beuteln keinen Boden (als Kontrolle), und ein anderer Satz von 1 Beuteln erhielt Bahiagrassämlinge, die von einem von vier AM-Pilzen vorkolonisiert wurden (4 Beutel pro AM-Pilz). Jeder Beutel erhielt 5 Bahiagrasspflanzen.

Datenerhebung

Inokulum-Produktionsbeutel wurden am 15. November 2016 entnommen, nachdem der Bahiagrass im Winter getötet worden war. Die Wurzeln wurden auf die prozentuale Wurzellänge analysiert, die von AM-Pilzen besiedelt wurde. Proben der Kompost- und Vermiculitmischung aus drei Beuteln jeder Behandlung / Bodenquelle sowie drei Proben einer Mischung der 4 beimpften AM-Pilzarten wurden verwendet, um Bioassays mit der wahrscheinlichsten Anzahl [MPN] durchzuführen, um die Anzahl der Vermehrungen zu bestimmen von AM-Pilzen pro cm3 Mischung.

Kurz gesagt, wir führten MPN-Assays durch, indem wir ein Volumen Inokulum mit 9 gleichen Volumina einer sterilisierten Blumenerde auf Boden- und Sandbasis verdünnten, um eine Zehntelverdünnung des Originals zu erzielen. Dies wurde verwendet, um 5 kleine Pflanzentöpfe zu füllen. Eine Unterprobe der Zehntelverdünnungsmischung wurde erneut mit 9 Volumina sterilisierter Mischung gemischt, um eine Hundertstelverdünnung zu erhalten, und weiter durch die Zehntausendstelverdünnung, wobei das Ziel darin bestand, das ursprüngliche Inokulum "bis zur Auslöschung" zu verdünnen ( das heißt, bis AM-Pilze nicht mehr vorhanden sind).

Jeder Topf erhielt dann einen Bahiagrassämling. Die Pflanzen wuchsen 4 Wochen lang, wonach die gesamten Wurzelsysteme jedes Topfes gesammelt und auf Besiedlung durch AM-Pilze untersucht wurden. Sie wurden einfach mit Plus / Minus für das Vorhandensein oder Fehlen einer Kolonisierung bewertet. Statistische Tabellen wurden konsultiert, um die wahrscheinlichste Anzahl von Propagula von AM-Pilzen pro cm3 Inokulum zu erhalten. Da die Ergebnisse von MPN-Assays eine große Variabilität von einem Replikat zum anderen zeigen können, wurde auch die prozentuale Wurzellänge, die von AM-Pilzen der Wurzeln in der einhundertsten Verdünnung besiedelt wurde, als Maß für die Menge lebensfähiger AM-Pilze in dieser Verdünnung bestimmt. Zum Zeitpunkt der Entnahme im Juni wurden auch MPN-Bioassays an den ursprünglichen Bodenproben durchgeführt.

Die Ergebnisse

Der landwirtschaftliche Lebensraum, in dem Boden zur Verwendung als Starter-Inokulum gesammelt wurde, hatte einen signifikanten Einfluss auf die Inokulumproduktion. Der Boden aus den Parzellen Sojabohnen / Weizen und Mais / Roggen wies zum Zeitpunkt der Sammlung (Juni 2016) eine signifikant höhere Dichte an AM-Pilzvermehrungen auf als der Boden aus der Reihe der bewaldeten Zäune (Abbildung 3), wobei die anderen Standorte dazwischen lagen. Die Besiedlung der Bahiagrasswurzeln in den Inokulumproduktionsbeuteln, die am Ende der Vegetationsperiode entnommen wurden, unterschied sich zwischen den Behandlungen nicht signifikant und reichte von 39% der Wurzellänge bei den nicht inokulierten Kontrollen bis zu 54% bei der Behandlung mit Sojabohnen / Weizen. Dies deutete auf eine Kontamination der Kontrollbeutel über Wurzeln oder Erde hin, die in den Kompost eingemischt waren, und / oder auf eine Besiedlung des Bahiagrass aus dem Boden durch das Unkrautsperrgewebe, auf dem die Beutel ruhten (siehe Abbildung 2).

Die Quantifizierung des am Ende der Vegetationsperiode produzierten Inokulums über die MPN-Bioassays ergab ähnliche Ergebnisse, unabhängig davon, ob die Vermehrung oder die Besiedlung der Wurzeln gemessen wurde (Abbildung 4). Die beste Inokulumproduktion wurde in den Beuteln erzielt, die die vorkolonisierten Sämlinge (die „Standardmethode“) oder den Boden von den Feldern Sojabohnen / Weizen oder Mais / Roggen erhielten. Böden von der Weide, der bewaldeten Zaunreihe und den Weizen / Wicken-Parzellen ergaben Inokulumwerte, die sich statistisch nicht von denen der Kontrolle unterschieden.

Konklusion

Obwohl dies, wie alle Feldversuche, wiederholt werden sollte, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der Boden, der im späten Frühjahr / Frühsommer von Feldern gesammelt wurde, auf denen im Vorjahr eine Reihenkultur angebaut wurde, gefolgt von einer überwinternden Deckfrucht eines Getreidekorns, als bestes Starter-Inokulum für die On-Farm-Produktion von AM-Pilzen.

Abbildung 1. On-Farm-Produktion von AM-Pilz-Inokulum. Befolgen Sie die Schritte von 1 (Aussaat von Bahiagrassamen 3 Monate vor dem durchschnittlichen Datum des letzten Frosts) bis 8 (Verwendung des Inokulums im darauffolgenden Frühjahr). Vorschläge in Klammern in Grün beziehen sich auf Standorte mit kurzen Vegetationsperioden, um genügend Zeit für das Wachstum von Bahiagrass und die Proliferation von AM-Pilzen zu gewährleisten.
Abbildung 2. Inokulum-Produktionsbeutel auf dem Bauernhof am Rodale Institute zeigt Wachstum von Bahiagrass gegen Ende der Vegetationsperiode. Die Taschen ruhen auf Unkrautschutzgewebe.
Abbildung 3. Propagula von AM-Pilzen pro cm3 von Feldboden an 5 verschiedenen Orten auf der gesammelt Rodale Institute Farm am 15. Juni 2016. Ergebnisse von jeweils 3 MPN-Bioassays.
Abbildung 4. Prozentuale Wurzellänge, die von AM-Pilzen in der einhundertsten Verdünnung (oberes Feld) und den gesamten AM-Pilzpropagulaten (unteres Feld) besiedelt wurde, die im Bioassay mit der wahrscheinlichsten Anzahl vorhanden sind, der mit dem im Betrieb hergestellten Inokulum durchgeführt wurde. Mittel aus 3 Gruppen von 5 Pflanzen (oben) oder 3 MPN-Bioassays (unten).

David Douds ist Forschungsmikrobiologe beim USDA Agricultural Research Service in Wyndmoor, PA.