Voir la partie 2 de cette série ici.
Depuis 8 ans, le Rodale Institute s'est associé à l'USDA-ARS pour lancer un système de production d'inoculum de champignon AM à la ferme; un système qui rendrait les avantages économiques et environnementaux des mycorhizes accessibles à plus d'agriculteurs. Au fil des ans, nos essais se sont concentrés sur le développement d'une procédure à faible coût et l'identification des caractéristiques pour maximiser la production de propagules. Nous résumons ici ce que nous avons appris de ces années et partageons tout ce que vous devez savoir pour démarrer votre propre système à la ferme.
Principes de base des champignons AM
Les champignons mycorhiziens arbusculaires (AM) sont les mycorhizes les plus importantes dans les écosystèmes agricoles, car ils colonisent la majorité des plantes cultivées. Connus sous le nom de «symbiotes obligatoires», les champignons AM doivent s'associer aux racines des plantes pour survivre; c'est cette association qui commence une mutuellement bénéfique entre les champignons et la plante. En échange des sucres d'une plante, les longues structures filiformes des champignons, les hyphes, agissent comme une extension du système racinaire d'une plante et augmentent l'accès d'une plante aux nutriments immobiles, notamment le phosphore (P), le zinc et le cuivre. Alors que les poils des racines des plantes s'étendent de 1 à 2 mm dans le sol, les hyphes des mycorhizes explorent un plus grand volume de sol et peuvent s'étendre jusqu'à 15 cm des racines de la plante. La relation entre les mycorhizes et les plantes cultivées améliore souvent la croissance et le rendement des plantes, mais même en l'absence d'amélioration de la croissance, la majorité de l'absorption de phosphore peut être attribuée aux mycorhizes. On attribue également aux mycorhizes l'augmentation de la résistance aux maladies d'une plante, l'amélioration de la capacité d'une plante à pousser dans des conditions de sécheresse et l'amélioration de la structure du sol.
Alors que certaines pratiques agricoles standard, y compris le labour fréquent et la fertilisation abondante au phosphore, ont un impact négatif sur les mycorhizes, de nombreuses pratiques agricoles durables peuvent être utilisées pour renforcer les populations de champignons mycorhiziens indigènes. Même les sols qui ont été gérés de manière intensive pendant une période prolongée contiennent des populations de mycorhizes qui peuvent être augmentées en utilisant des cultures de couverture, en développant une rotation des cultures diversifiée et en cultivant des cultures qui forment une symbiose avec les champignons AM.
Inoculum de champignons AM
L'inoculation avec des champignons mycorhiziens offre une autre occasion de profiter des bienfaits des mycorhizes. Les spores mycorhiziennes, les morceaux de racines de cultures colonisées et les hyphes mycorhiziens viables fonctionnent comme des propagules actives de champignons AM qui peuvent être utilisés comme inoculum pour «infecter» d'autres plantes avec des champignons AM.
Dans certaines circonstances, l'utilisation d'inoculum peut être préférable à l'utilisation de pratiques de gestion pour renforcer les populations de champignons AM. L'utilisation antérieure de fongicides et d'autres cas extrêmes peuvent nécessiter une inoculation pour réintroduire des champignons AM dans la communauté microbienne du sol gravement dégradée. Dans des circonstances moins graves, l'inoculum peut être utilisé pour produire des semis précolonisés qui peuvent profiter des bienfaits des mycorhizes dès leur premier jour sur le terrain. Des recherches antérieures montrent que cet avantage concurrentiel peut avoir un impact positif sur les rendements. Dans une étude de 2008, les plants de fraisiers inoculés avec des champignons AM avant la plantation ont produit 17% de plus de fruits que les témoins non inoculés (Douds et al. 2008). Une étude portant sur les poivrons a observé une augmentation de rendement de 14 à 23% pour les plantes inoculées cultivées dans un sol amendé au compost et une augmentation de 34% un an pour les plantes inoculées traitées avec des engrais chimiques (Douds et Reider 2003). Des augmentations de rendement ont également été observées pour diverses autres cultures, notamment les tomates, les pommes de terre, l'oignon, les arachides, la pastèque, l'ail et le céleri.
Bien que l'inoculum commercialisé soit disponible, il a un coût pour les agriculteurs. Le prix de l'inoculum commercial reflète les coûts des méthodes de production actuelles, y compris la serre ou l'espace de laboratoire, ainsi que le travail et le temps associés à l'isolement des champignons AM du milieu d'origine et / ou au mélange des spores avec un substrat porteur. Ces coûts, ainsi que les frais d'expédition et de manutention, sont tous répercutés sur l'agriculteur (Douds 2010).
Production d'inoculum à la ferme
Le but de notre recherche était de développer un système de production d'inoculum à la ferme qui produisait un inoculum puissant, efficace et riche en espèces et peu coûteux à produire. En évitant les coûts associés à l'inoculum produit commercialement, la production à la ferme rend les avantages économiques et environnementaux des champignons AM disponibles à un plus grand nombre d'agriculteurs.
Bien que les augmentations de rendement significatives varient selon l'année, la culture et le cultivar, notre système a été conçu pour une utilisation de routine. Avec une utilisation annuelle, les agriculteurs seront prêts à tirer profit lorsque les mycorhizes atténueront les conditions qui réduisent les rendements, mais les années où l'inoculum n'aura pas d'impact sur les rendements, le système peu coûteux ne sera pas un fardeau économique. Nous ciblons les maraîchers qui produisent leurs propres plants sur place pour les planter plus tard dans le champ, donc adapter leurs systèmes actuels pour produire des plants colonisés est simple. Bien que l'application directe à grande échelle d'inoculum aux champs soit possible, le retour sur investissement pour des cultures telles que le maïs de grande culture et le soja est trop faible pour rendre l'application de l'inoculum économiquement intéressante.
Le système à la ferme commence par planter des semis de «plante hôte» dans des sacs en plastique noir remplis d'un mélange de compost, de vermiculite et de terre locale. Les champignons AM présents dans le sol du champ colonisent la racine des plantes hôtes et au cours de la saison de croissance, les mycorhizes prolifèrent à mesure que les plantes hôtes poussent. Lorsque l'hôte est tué par le gel, les mycorhizes hivernent naturellement dans le mélange de compost et de vermiculite, et l'inoculum sera prêt à être utilisé au printemps. La plupart des aspects du système, du type de compost utilisé au taux de dilution, ont été examinés par expérimentation pour identifier les meilleures méthodes pour maximiser la production. Le résultat est un système qui a réussi à propager tous les champignons AM testés et peut produire des centaines de propagules par centimètre cube. Dans un essai, 465 propagules cm-3 ont été produites, soit une augmentation de 7000 XNUMX fois par rapport à la concentration dans le sol du champ qui a été initialement ajoutée au sac.
Ici, nous parcourons le processus étape par étape et analysons les détails qui feront de votre système à la ferme un succès. Des citations sont fournies pour vous diriger vers des articles pour plus de lecture (voir la fin de cet article pour toutes les informations de référence).
Choisir une plante hôte
Le facteur le plus important dans le choix d'une plante hôte est la sélection d'une plante qui soutient la croissance des mycorhizes. Les cultures telles que les épinards, la betterave à sucre, le lupin et les membres de la famille de la moutarde ne forment pas de symbiose avec les champignons AM. Un hôte fiable pour la majorité des espèces de champignons AM, le bahiagrass (Paspalum notatum Flugge) a été largement utilisé. De plus, pour éviter la propagation d'agents pathogènes, la plante hôte doit appartenir à une famille différente de celle de la culture inoculée. Du fait que le système d'inoculum cible les producteurs de légumes, le bahiagrass, membre de la famille des graminées, est un hôte général idéal. Enfin, en tant que plante tropicale, le bahiagrass sera tué par le gel et ne deviendra pas un ravageur des mauvaises herbes dans le champ.
Pour le moment, les plants de bahiagrass ne sont pas disponibles dans le commerce. Afin d'utiliser le bahiagrass comme plante hôte, les agriculteurs doivent créer leurs propres plants. Nous faisons simplement germer des graines de bahiagrass dans de la vermiculite ou du démarreur de graines et transplantons les plants dans des pots en plastique coniques remplis d'un mélange de sable et de terre. Plus hauts que les serres plates typiques, ces pots coniques produisent des semis avec un long système racinaire. Lorsqu'elle est plantée dans les sacs de compost dilué, la longue motte de racines entrera en contact avec les propagules profondément dans le sac plus rapidement que ne le feraient les semis produits dans des pots moins profonds. Le mélange de sable et de terre que nous utilisons dans les pots coniques est un mélange de terre 1: 3: sable (base volumique) qui utilise de la terre stérilisée et du sable de piscine grossier. Si les plants de bahiagrass sont cultivés dans un milieu de mise en pot typique de serre, nous avons constaté qu'ils deviennent carencés en fer.
Le processus de germination du bahiagrass et d'établissement des plants est généralement commencé dans la serre quatre mois avant la date du dernier gel afin que les plantes puissent être transplantées dès que possible après le gel. (Pour une chronologie imprimable et des informations sur l'endroit où trouver ces matériaux, consultez notre Guide rapide et facile de la production d'inoculum mycorhizien à la ferme.)
Trouver le bon mélange de médias
Lorsque les plants hôtes sont prêts à être plantés à l'extérieur, il est important de les transplanter dans un milieu approprié. La disponibilité nutritive du milieu a un impact significatif sur le nombre de propagules de champignons mycorhiziens produites. Les plantes cultivées dans des situations riches en nutriments, en particulier riches en phosphore, peuvent limiter la colonisation de leurs racines et par conséquent, la prolifération du champignon. La possibilité d'utiliser de la terre pure, du compost pur ou de la terre diluée avec de la vermiculite ont toutes été écartées en raison de la faible colonisation et / ou de la faible production de spores de champignon AM observées en utilisant ces milieux.
Cependant, certaines dilutions de compost ont réussi à produire un inoculum de mycorhize. En tant que milieu dense en nutriments, le compost fournit tous les nutriments nécessaires à la croissance de l'herbe de bahiagrass ainsi qu'un large éventail de microbes qui bénéficient à la santé du sol et suppriment les maladies des plantes. Cependant, en raison de la concentration élevée de P du compost, il doit être dilué avec un substrat pauvre en nutriments comme la vermiculite, la perlite ou la tourbe. Un autre avantage de cette dilution est le milieu léger résultant qui peut être facilement récupéré et utilisé.
Nos recherches montrent que le taux de dilution optimal du compost varie avec l'espèce de champignon AM et le type de compost utilisé. Les expériences menées en 2003 et 2004 ont suggéré des niveaux de dilution généraux qui soutenaient la croissance globale des mycorhizes mieux que d'autres (Douds et al., 2008). Les composts qui étaient riches en N, faibles en P et ont des niveaux de K modérés (un compost de coupures de jardin et un fumier laitier et un compost de feuilles dans cette étude) avaient une forte probabilité de succès à des dilutions de 1: 2 à 1: 4 [compost: diluant] en fonction du volume. Les composts qui étaient riches en P, faibles en N et avaient des niveaux de K modérément élevés (un compost microbien contrôlé) étaient plus efficaces à des dilutions de 1:19 ou 1:49. En général, nous réussissons régulièrement avec des taux de dilution entre 1: 3 et 1: 9 et nous utiliserons généralement une dilution basée sur le volume de 1: 4 avec tout compost de coupures de jardin produit par les installations de compostage municipales.
Nous avons également expérimenté le type de diluant et quantifié l'effet du terreau horticole à base de perlite, de vermiculite et de tourbe sur la production d'inoculum (Douds et al., 2010). L'inoculum peut être produit avec succès avec tous les amendements des médias; la production de spores par tous les champignons AM étudiés n'était pas significativement différente entre les mélanges utilisant différents diluants. Cependant, un essai biologique en nombre le plus probable, une technique utilisée pour déterminer la densité des propagules infectieuses, a montré que la vermiculite avait tendance à produire plus de propagules globales que les milieux de rempotage à base de tourbe. Nous émettons l'hypothèse que les feuilles laminaires de la vermiculite peuvent être un environnement idéal pour la croissance et la persistance des hyphes mycorhiziens. Les populations de spores similaires et la colonisation racinaire entre les trois diluants soutiennent cette théorie.
Ce mélange de compost dilué est utilisé pour remplir les sacs en plastique de sept gallons aux trois quarts. De la terre de plein champ sera mélangée dans chaque sac comme inoculum de départ, comme indiqué ci-dessous, et les semis de bahiagrass seront plantés dans ce mélange. La quantité totale de milieu nécessaire dépend du nombre de plantes qui seront inoculées au printemps suivant. Notre guide imprimable rapide et facile de la production d'inoculum de mycorhizes à la ferme contient des instructions pour fabriquer 200 ou 400 pi3 de milieu de mise en pot inoculé de serre, qui peut être utilisé comme base de référence pour calculer les besoins en matières premières pour la production d'inoculum de toutes les échelles.
Le démarreur d'inoculum
Bien que nous propagions le plus souvent des isolats d'une espèce de champignon AM spécifique pour la recherche, l'un de nos premiers essais a mis en évidence la possibilité d'utiliser la méthode à la ferme pour propager des champignons mycorhiziens indigènes. Dans ce premier essai, des champignons contaminants ont été trouvés dans ce qui aurait dû être un inoculum d'une seule espèce. Ces champignons contaminants provenaient très probablement du sol qui avait été mélangé au compost lors du retournement l'année précédente. Cette propagation par inadvertance de champignons AM indigènes a montré que la méthode à la ferme pouvait être utilisée pour créer un inoculum qui était non seulement moins cher que l'inoculum commercial d'une seule espèce, mais avait également l'avantage supplémentaire de contenir un groupe diversifié de champignons mycorhiziens adaptés localement. qui pourraient être utilisées pour augmenter les populations indigènes d'une ferme (Douds et al. 2005).
La recherche a montré que l'utilisation d'un inoculum multi-espèces avec des isolats locaux est importante pour un certain nombre de raisons. De nombreuses espèces de champignons AM ont des caractéristiques uniques telles que leurs modèles de colonisation, l'exploration spatiale du sol pour le P, leur capacité à produire une réponse de croissance entre les espèces végétales et la production de glomaline. Typiquement absent des inoculants commerciaux, mais présent dans un sol sain, Gigaspora spp. sont des producteurs importants de glomaline, qui facilite l'agrégation du sol. En outre, certaines recherches suggèrent que les champignons AM indigènes sont plus efficaces pour favoriser la croissance des plantes dans leur sol local que les espèces introduites.
Pour obtenir un inoculum adapté localement et taxonomiquement diversifié, le sol du champ peut être mélangé au mélange de compost dilué comme source de champignons AM indigènes (Douds et al. 2010). Pour assurer un échantillonnage diversifié des mycorhizes, le sol doit être prélevé dans une zone naturelle de la ferme telle qu'un terrain boisé ou une clôture. Il est préférable de collecter le sol de ces zones car il doit contenir une population de champignons mycorhiziens diversifiée et saine qui n'a pas été affectée par les pratiques agricoles. La collecte de terre dans un champ de production est également une option, mais le champ n'aurait pas dû être utilisé au cours des deux dernières années pour faire pousser la culture qui sera inoculée. Cette précaution consiste à éviter d'introduire des agents pathogènes dans l'inoculum. De plus, en raison du fait que les champignons mycorhiziens peuvent être distribués de manière irrégulière, il est suggéré de regrouper quatre à cinq échantillons. La plupart des mycorhizes se trouvent dans les 10 premiers centimètres du sol, de sorte que les échantillons n'ont pas besoin d'inclure du sol plus profond que cette couche.
Une fois qu'un échantillon groupé a été collecté, tamisez les roches ou les racines. Ajouter 100 cm3 de sol de l'échantillon groupé à chaque sac de sept gallons rempli de milieu, bien mélanger et transplanter quatre à cinq plants de bahiagrass dans chaque sac. Cette étape doit être effectuée le plus tôt possible après le dernier gel afin de maximiser le temps de croissance de la plante hôte.
Récolte de l'inoculum
Tout au long de la saison, les sacs ne nécessitent que 5 à 10 minutes de travail par semaine; les sacs doivent être arrosés si nécessaire et désherbés pour éviter d'introduire des graines de mauvaises herbes dans l'inoculum. À mesure que la plante hôte grandit, les mycorhizes prolifèrent. En fin de saison, la sénescence de l'hôte incitera les mycorhizes à sporuler. Comme cela se produit naturellement sur le terrain, les spores passeront l'hiver dans le mélange de compost et de vermiculite et l'inoculum sera prêt à être utilisé au printemps.
Les spores, les morceaux de racines colonisées et les hyphes mycorhiziens viables fonctionnent tous comme des propagules infectieuses, et tous les trois sont produits en utilisant le système de la ferme. Les hyphes et les racines colonisées seront abondants par rapport à la croissance de la saison précédente, tandis que la densité des spores peut varier en fonction des espèces de champignons AM et de la proximité du milieu à une dilution idéale. Dans des études antérieures, la dilution 1: 4 typique du compost de coupures de jardin: la vermiculite produisait en moyenne 30 spores cm-3 (Douds et al. 2006). Combiné au nombre de morceaux de racines et d'hyphes colonisés, le système à la ferme produit des centaines de propagules cm-3 en utilisant la dilution 1: 4; une quantité qui dépasse la densité d'inoculum cible de «production de masse» de 80 à 100 propagules cm-3 (Douds et al. 2005).
Pendant que les spores et les hyphes sont mélangés au milieu de compost et de vermiculite, les racines de la plante hôte doivent être hachées afin de profiter des vésicules mycorhiziennes à l'intérieur. Produites par la plupart des champignons AM, les vésicules sont des organes globulaires en forme de spores qui contiennent des réserves d'énergie. Au printemps, les mycorhizes peuvent repousser à partir de ces vésicules. En utilisant le système à la ferme, le bahiagrass a généralement 70 à 80% de sa longueur de racine colonisée par des champignons mycorhiziens. Par conséquent, même les petits morceaux de racine contiennent des champignons AM et peuvent être mélangés au milieu pour augmenter le nombre de propagules infectieuses.
Nous avons découvert que la meilleure façon de récolter les spores et les hyphes viables de l'inoculum est de couper les feuilles mortes, de retirer la motte des sacs et de secouer le milieu dans un grand bac. Le système racinaire peut ensuite être coupé en morceaux avec des ciseaux et mélangé à l'inoculum. L'inoculum est maintenant prêt à être mélangé avec du terreau dans la serre.
Produire des plants colonisés pour le repiquage
Au moment de décider de la quantité d'inoculum à ajouter au terreau, la puissance de l'inoculum et le volume des cellules dans lesquelles les plants seront cultivés doivent être pris en compte. Lorsque sept fermes ayant coopéré ont utilisé le système à la ferme pour produire de l'inoculum pendant trois ans, la production moyenne était de 82 ± 20 propagules cm-3. Cependant, dans une étude de 2006, nous avons observé une moyenne de 503 et 240 propagules cm-3 pour les dilutions 1: 4 et 1: 9 de compost de coupures de jardin et de vermiculite, respectivement (Douds et al. 2006). Dans les deux cas, seuls quelques centimètres cubes seraient nécessaires par cellule pour fournir les 100 à 200 propagules cibles par plante.
Bien qu'en théorie, seule une petite quantité d'inoculum soit nécessaire dans le terreau, nous suggérons d'utiliser un taux de dilution plus faible que nécessaire en raison de la difficulté d'obtenir un mélange complètement hétérogène. Une étude a testé un inoculum 1: 9 et 1:19: dilution du milieu d'empotage (base volumique) à l'aide d'un inoculum avec 120 propagules cm-3 (Douds 2009). Huit cultivars différents de poivrons et de tomates ont été plantés dans le mélange et cultivés dans 50 appartements cellulaires (70 cm3 par cellule). Après quatre semaines, les tomates présentaient en moyenne 30.5% et 12.9% de colonisation de la longueur des racines pour les dilutions 1: 9 et 1:19, respectivement. La colonisation par les champignons AM des poivrons était en moyenne de 14.8% et 8.0%. Tous ces degrés de colonisation sont suffisants pour influer sur la croissance ou le rendement. La taille de la cellule déterminera finalement quelle dilution doit être utilisée. Pour assurer un nombre suffisant de propagules par cellule, une dilution de 1: 9 doit être utilisée dans des cellules de 50 cm3 ou moins, une dilution de 1:19 peut être utilisée dans des cellules plus grandes.
Adapter les pratiques de serre
Compte tenu de la sensibilité de la symbiose aux niveaux de phosphore, il est important de s'assurer que le régime de fertilisation en serre est modifié pour les semis inoculés. La disponibilité du phosphore contrôle le niveau de colonisation des racines directement en affectant la croissance des hyphes de champignons AM et indirectement par l'effet de la concentration de P dans les tissus végétaux sur l'exsudation des molécules de signalisation des racines. La recherche montre clairement une relation inverse entre la disponibilité de P et la colonisation des champignons mycorhiziens. Le défi a été d'identifier un mélange de mise en pot et un régime de fertilisation pour serre qui produiront des plants avec des niveaux de colonisation satisfaisants qui sont également d'une taille compétitive avec les plantes cultivées dans des conditions de P élevé.
Pour les cultivateurs conventionnels, nous suggérons un terreau standard complété par une solution nutritive équilibrée pauvre en P (Douds 2009). Une addition de phosphore de 3 ppm ou moins est suggérée pas plus de trois fois par semaine. La fertilisation trois fois par semaine avec des solutions contenant 31 ppm de P n'a effectivement entraîné aucune colonisation par les champignons AM, mais n'a donné que peu ou pas d'augmentation du poids des pousses par rapport aux plants de poivrons et de tomates recevant significativement moins de P.
La situation des cultivateurs biologiques est plus difficile que celle des cultivateurs conventionnels en raison de la difficulté à contrôler précisément les niveaux de phosphore. Cette partie du projet est toujours un travail en cours. Pour l'instant, nous suggérons d'utiliser un terreau non modifié pour les cultivateurs biologiques. Dans une étude, nous avons utilisé un mélange d'empotage approuvé organiquement (mélange NP de Living Acres, New Sharon, ME) avec une analyse NPK de 0.4-0.5-0.3. Le fabricant a recommandé de ne pas ajouter d'éléments nutritifs aux semis cultivés dans ce milieu en serre. Le milieu non modifié a été comparé à des traitements comprenant le milieu avec de la vermiculite et une fertilisation supplémentaire. La colonisation des plantes cultivées dans le milieu non modifié était meilleure que dans certaines serres gérées de manière conventionnelle, nous recommandons donc le terreau non modifié comme point de départ. Si votre terreau nécessite une fertilisation supplémentaire, utilisez une solution à faible teneur en P comme l'hydrolysat de poisson.
Pour les cultivateurs biologiques qui mélangent leur propre terreau, il est important de tenir compte de la disponibilité des éléments nutritifs du mélange. Si la recette moyenne comprend du compost, il peut être important de réduire le compost pour limiter la disponibilité de P. La complication ici, bien sûr, est la réduction concomitante de la disponibilité d'autres nutriments. L'essai en serre de cette saison avec des poireaux, des poivrons et des tomates comprenait 10% de compost et 50% de traitements de compost. Les traitements des milieux ont été modifiés avec deux régimes de fertilisation, une fois par semaine ou trois fois par semaine avec un engrais hydrolysé pour poissons (12-0.5-1). La faible colonisation observée dans tous les traitements organiques a montré que les niveaux de P étaient trop élevés, même dans le milieu de compost à 10% avec une fertilisation peu fréquente. Cependant, dans un autre essai, le terreau à 10% à base de compost a produit des semis de maïs avec 19% de colonisation de la longueur des racines après 19 jours. Cela a été considéré comme un niveau de colonisation satisfaisant. Bien que ces différents niveaux de colonisation illustrent les réponses variables des différentes cultures, ils illustrent également la nécessité de continuer à rechercher une recette de terreau idéale produite à la ferme qui a les niveaux de nutriments idéaux pour favoriser la colonisation.
Faire fonctionner votre système
Notre recherche a examiné l'effet de l'inoculum sur une variété de cultures dans les systèmes biologiques et conventionnels et dans les sols riches en P. Dans chaque situation, les augmentations de rendement dues à l'inoculation peuvent être variables d'une année à l'autre, et même entre les cultivars. Cependant, lorsque la symbiose compense les conditions qui réduisent les rendements, le gain qui en résulte peut être significatif.
La production d'inoculum à la ferme permet d'exploiter facilement les avantages des champignons AM. Notre système à la ferme à faible coût est facile à intégrer dans n'importe quel système agricole en raison du faible temps de manipulation requis. Planifiez simplement à l'avance pour faire de votre système à la ferme un succès; rappelez-vous qu'il faut une saison complète pour produire l'inoculum.