La présence de concentrations élevées de sel et d'azote dans les sols à tunnel élevé peut rendre plus difficile la reconstruction d'un microbiome de sol sain à la suite d'un événement de nettoyage du sol, selon les écologistes microbiens du Collège des sciences agricoles de Penn State.

Les résultats de leurs recherches ont des implications importantes pour la fertilité des sols, et par extension, la santé et le rendement des cultures, a expliqué Laura Kaminsky, un doctorant en phytopathologie, qui a mené l'enquête sous la direction de Terrence Bell, professeur adjoint de phytobiomes.

« Les plantes poussent généralement mieux avec une communauté de bactéries active et diversifiée, champignons et autres microbes du sol, " dit-elle. " Si ces microbes sont éliminés par un événement de nettoyage du sol, nous voulons savoir à quelle vitesse le microbiome du sol rebondit et quels microbes réussissent le mieux à se rétablir. Notre étude jette les bases de l'élaboration future de directives qui aideront les agriculteurs à reconstruire les sols grâce à des additifs microbiens. »

Les chercheurs se sont concentrés sur les systèmes agricoles qui utilisent de hauts tunnels, qui sont en plastique, structures ressemblant à des serres placées sur une section du sol du champ. Ces structures sont utilisées pour prolonger la saison de croissance et pour cultiver des cultures à haute valeur ajoutée telles que les tomates dans un cadre plus protégé.

Cependant, la qualité du sol sous les tunnels hauts a tendance à se dégrader avec le temps. « Si la même culture est cultivée dans un tunnel élevé année après année, les agents pathogènes spécifiques à cette culture s'accumulent à des niveaux de plus en plus élevés dans le sol et provoquent des quantités croissantes de maladies des cultures, " a déclaré Kaminsky.

Une façon de gérer cette pression croissante de la maladie est de réduire la population d'agents pathogènes en éliminant toute la communauté microbienne du sol, ce qui est fait avec la fumigation chimique ou des pratiques moins dures telles que la désinfestation anaérobie du sol et la solarisation du sol.

Le problème, Kaminsky a souligné, est que ces pratiques de défrichement éliminent indistinctement les microbes du sol, y compris les microbes qui offrent des avantages aux plantes cultivées et les microbes qui remplissent des fonctions générales du sol comme le cycle des nutriments.

les expériences de Kaminsky et Bell, qui a eu lieu au Buckhout Laboratory en 2018 et 2019, spécifiquement examiné si une salinité élevée du sol et des concentrations élevées d'azote dans le sol - deux propriétés du sol qui se développent souvent sous des tunnels élevés au fil du temps - modifiaient le développement du microbiome du sol.

Pour faire ça, les chercheurs ont enterré de petits sacs en filet de nylon contenant de la terre "source" non stérilisée dans de la terre "réceptrice" stérilisée et les ont laissés incuber pendant sept semaines. Cela a permis aux microbes de coloniser le sol receveur, simuler comment les microbes du sol entourant une zone de sol défriché recoloniseraient le sol défriché au fil du temps. Les sols receveurs ont été amendés avec du sel, azote, les deux ou aucun pour déterminer si ces propriétés ont eu un impact sur la composition des communautés microbiennes dans le sol récepteur.

L'équipe a échantillonné le sol receveur à deux moments :une semaine et sept semaines d'incubation. A chaque instant, les chercheurs ont caractérisé la communauté microbienne en mesurant la biomasse microbienne et en dressant un catalogue des espèces bactériennes présentes à l'aide de techniques de séquençage des gènes.

Après la première semaine, les communautés microbiennes avaient une biomasse relativement faible et étaient dominées par un ensemble très limité d'espèces des genres Bacillus et Paenibacillus. À sept semaines, il y avait une communauté microbienne beaucoup plus grande et plus diversifiée présente.

"A chaque instant, il y avait certaines espèces bactériennes présentes dans chaque microcosme, quel que soit le traitement du sol receveur, " a déclaré Kaminsky. "Nous avons appelé ces 'colonisateurs universels, ' et la plupart d'entre eux appartenaient au genre Bacillus ou Paenibacillus. Ce n'est pas surprenant car ces taxons bactériens sont connus pour être omniprésents et à croissance rapide dans les sols. »

Dans les sols récepteurs additionnés de sel et d'azote, l'accumulation de biomasse et de diversité bactérienne était significativement limitée par rapport aux sols récepteurs sans additifs. C'est-à-dire, une salinité plus élevée du sol et plus d'azote du sol ont retardé le rétablissement d'un microbiome de sol diversifié.

"Il n'était pas surprenant que la salinité élevée du sol ait donné ce résultat, comme le sel représente un stress important pour de nombreux microbes, " a déclaré Kaminsky. " Il était quelque peu surprenant qu'une teneur élevée en azote du sol ait donné ce résultat parce que l'azote est une source de nutriments plutôt qu'un stress. Cependant, il peut avoir favorisé un sous-ensemble moins diversifié de microbes à croissance rapide, menant aux résultats que nous avons vus."

Les résultats, Publié dans Microbiologie environnementale , suggèrent que des facteurs tels que l'accumulation de nutriments et de sel, ce qui peut être particulièrement problématique dans les systèmes à tunnel élevé, peut être important pour déterminer quels microbes colonisateurs survivent, dit Bell. Il a noté que Kaminsky a développé des programmes Penn State Extension pour partager les résultats avec les producteurs.

"Laura a travaillé dur pour développer à la fois des compétences de recherche de pointe et des compétences en communication qui lui permettent de relayer l'état des connaissances dans notre domaine aux agriculteurs et autres parties prenantes, " il a dit.