Влияние компостного чая на развитие милдью

На винограднике Мориса Дюфура (Maurice Dufour) в Бэ-Сен-Поль (Канада) выращивают как органические несколько технических сортов винограда.

На этом винограднике основным вредоносным заболеванием является милдью (Plasmopara viticola). В органическом земледелии разрешено мало фунгицидов, и наиболее часто используются препараты на основе меди. Требуются альтернативные методы обработки, чтобы избежать резистентности и минимизировать ее негативное воздействие на почву, кусты винограда и конечную продукцию.

В течение нескольких лет предприятие экспериментировало с жидким аэрированным экстрактом домашнего компоста, применяемым в качестве дополнения или замены меди. Этот метод все чаще признается в научной литературе за его положительное влияние на снижение и контроль заболеваний благодаря механизмам, связанным с микробиологической активностью.

Цель проекта — получить научные данные для оптимизации и стандартизации использования компостного чая. В рамках проекта был испытан компостный чай в качестве альтернативы традиционной программе защиты растений на основе меди. Проведены микробиологические анализы чая с помощью микроскопии и метагеномного секвенирования. Для оценки эффективности обработки были выполнены метагеномные анализы микроорганизмов на листьях винограда до и после обработки, а также мониторинг наличия и распространенности милдью.

Введение

Медь остается основным средством борьбы с грибковыми заболеваниями и милдью в органическом виноградарстве, чаще всего в форме медного купороса (бордоская жидкость) или гидроксида меди (фунгициды Блю Шилд 20, Косайд Супер, Купидон Голд, Метеор, Чемп ДП и др.). Однако медь эффективна в основном в профилактике и не обеспечивает полного контроля милдью. Кроме того, зафиксированы случаи устойчивости патогенов к меди, а ее накопление в почве приводит к фитотоксичности и снижению биологической активности почвы. Остатки меди на ягодах винограда могут также ухудшать органолептические свойства вина.

Виноградари ищут альтернативы использованию меди. Гипотеза исследования заключалась в том, что правильно приготовленный и примененный компостный чай оказывает измеримый фунгицидный эффект против милдью без вреда для кустов. Исследования показывают, что полезные микроорганизмы в компостном чае могут подавлять патогены за счет конкуренции за питательные вещества и пространство, паразитизма, индукции системной устойчивости растений или производства антибиотических соединений. Кроме того, компостный чай улучшает плодородие почвы, питание растений и их иммунитет.

Однако качество компостного чая зависит от исходных материалов и метода приготовления. Без точных измерений сложно установить связь между его применением, микробным составом на листьях и уровнем заражения милдью. Современные метагеномные методы позволяют детально анализировать микроорганизмы в чае и на листьях, что помогает оценить его эффективность.

Цели проекта:

• Определить, способны ли микроорганизмы, внесенные при обработке компостным чаем, колонизировать листья и сохраняться на них в течение времени.
• Оценить эффективность применения компостного чая против заражения винограда милдью.

Собранные в рамках проекта данные будут использоваться виноградарями для оптимизации технологии производства и опрыскивания компостным чаем.

Чтобы минимизировать вариабельность, два варианта компостного чая были приготовлен из коммерческого компоста, известного своим качеством и стабильностью по сравнению с фермерским, а именно — вермикомпоста (вермикаста) от фермы Eugénia. Вермикомпост был проанализирован под микроскопом для оценки обилия и разнообразия микроорганизмов, а также исследован на метагеномные и стандартные физико-химические свойства.

Маточный раствор для опрыскивания был приготовлен 2 августа в резервуарах объемом 1000 литров (л) в пропорции вермикомпост: вода = 1:20 (по объему).
20 литров вермикомпоста поместили в фильтр и погрузили в 400 литров воды — это была базовая рецептура. Три варианта этой рецептуры (с той же пропорцией вермикомпоста и воды, но с разными добавками) были протестированы на микробное разнообразие с помощью микроскопического анализа.

Три рецепта с добавками:

• 2 л вытяжки водорослей (бренд Acadie) + 3 л мелассы;
• 2 л водорослей;
• 2 л водорослей + 20 л молочной сыворотки.

Для листовой обработки виноградных кустов был выбран рецепт №1 как наиболее оптимальный по составу.

Чай перемешивали в аэробных условиях (как рекомендовано различными авторами), чтобы предотвратить развитие фекальных патогенов, снизить потенциальную фитотоксичность, увеличить биомассу и разнообразие микроорганизмов.

Период брожения составил 72 часа, после чего вермикомпост был распылен на кусты винограда, а также отобран для анализа.

Для эксперимента было выбрано один из виноградников с однородными агропочвенными характеристиками: поверхностный слой: суглинисто-песчаный; глубокий слой: песчаный; тип почвы: гумусово-железистый подзол. Виноградник состоит из 11 рядов с междурядьем 2,6 м. В каждом ряду около 150 кустов, расстояние между кустами — чуть более 1 м. На поле выращивался сорт Muskat, восприимчивый к милдью. Перед применением компостного чая на всех участках была проведена обработка бордоской смесью(в соответствии с общепринятой агротехникой).

Далее разбавляли маточный раствор вермикомпоста в пропорции 1:1 с водой, далее по тексту – компостный чай). Обработка проводилась 5 августа с помощью двухштангового опрыскивателя виноградника. Опрыскиватель был откалиброван на норму внесения 600 л/га (стандартная доза). Фактически, доза составила 0,44 л/погонный метр (или 0,22 л/погонный метр виноградных кустов).
Из-за ветреной погоды во время опрыскивания эффективность обработки могла снизиться, так как часть раствора могла не достичь листьев.

Анализы

• Микроскопия: оценивалось качество вермикомпоста и компостного чая по микробному разнообразию.
• Метагеномика: секвенирование 16S (бактерии) и ITS (грибы) для анализа состава микроорганизмов.
• Физико-химические свойства: измеряли содержание органики, pH, азот и другие параметры (таблица 1).

Таблица 1. Основные физико-химические показатели вермикомпоста и компостного чая

Примечания:
1. Орг. в-во - органическое вещество
2. C/N - соотношение углерода к азоту
3. N-NH₄ - аммонийный азот
4. N-NO₃ - нитратный азот
5. P₂O₅ - фосфорный ангидрид
6. K₂O - оксид калия
7. "-" означает отсутствие данных

Результаты

Характеристика вермикомпоста и компостного чая:

• Вермикомпост был оценен как "бедный" из-за низкого разнообразия микробов.
• Компостный чай также показал слабое микробное обогащение, вероятно, из-за исходного качества компоста.

Микробный состав:

• Количество бактерий и грибов в чае было значительно ниже, чем в исходном вермикомпосте (таблица 2).
• Разнообразие бактерий (индекс Шеннона) снизилось после приготовления компостного чая, тогда как у грибов изменения были менее выражены (таблица 3).

Таблица 2. Количественный анализ общих бактерий и грибов

Примечания:

1. Единицы измерения:
• Для вермикомпоста: ед./г сух. - единиц амплификации на грамм сухого вещества
• Для компостного чая: ед./мл - единиц амплификации на миллилитр
2. нг/г сух. - нанограмм на грамм сухого вещества

Таблица 3. Микробное разнообразие и богатство

Пояснения:

1. Индекс Шеннона - показатель видового разнообразия (чем выше значение, тем больше разнообразие)
2. Индекс Chao1 - оценка общего видового богатства (предполагаемое количество видов в сообществе)

В таблице 4 представлены средние данные подсчета общего количества бактерий и грибов на листьях для трех повторностей каждого варианта обработки в четыре момента отбора проб.

Наблюдается незначительное увеличение общего количества бактерий через 2 часа после опрыскивания по сравнению с показателями за 2 часа до обработки на обработанных участках. Количество бактерий действительно возрастало между каждым периодом отбора проб, кроме интервала между 2 часами и 1 сутками после опрыскивания.

Однако ситуация была довольно схожей и на необработанных участках, что позволяет предположить, что эффект, возможно, не связан с применением компостного чая. Более того, различия в средних значениях между обработанными и необработанными участками не были статистически значимыми ни для одного из периодов отбора проб.

Аналогичная картина наблюдалась и в отношении общего количества грибов. Их численность увеличилась через 2 часа после опрыскивания как на обработанных, так и на необработанных участках и продолжала слабо расти в последующие периоды отбора проб (через 1 и 4 дня после обработки).

Поскольку разницы между обработанными и необработанными участками не выявлено, нельзя с уверенностью утверждать, что применение компостного чая повлияло на микробное сообщество листьев.

Кроме того, из-за ветра во время опрыскивания часть необработанных участков могла быть случайно затронута опрыскиванием компостным чаем. Также небольшое увеличение общего числа бактерий и грибов могло быть вызвано внешними факторами, такими как погодные условия.

Стоит отметить, что, по данным виноградаря, на третий день после обработки выпало 23 мм осадков, что могло повлиять на сохранение эффекта от применения компостного чая.

Таблица 4. Среднее количество бактерий и грибов на образцах листьев

Примечание:

• КОЕ/см² – колониеобразующие единицы на квадратный сантиметр ткани листа.
• Данные показывают динамику микробного состава до и после обработки компостным чаем.
• Различия между обработанными и необработанными образцами статистически незначимы.

Динамика изменения микробного разнообразия на листьях винограда

Наблюдения по бактериальному сообществу:
Через 2 часа после опрыскивания наблюдается значительное увеличение бактериального разнообразия на обработанных листьях. Через 1 день разнообразие незначительно снижается, но остается выше, чем на необработанных листьях. Через 4 дня бактериальное разнообразие на обработанных листьях возвращается к уровню необработанных.

Возможное объяснение: при обработке компостом на листья попадает широкий спектр бактерий, но большинство из них не сохраняются надолго, к 4-му дню сообщество возвращается к исходному состоянию, чему могло способствовать выпадение осадков на 3-й день после обработки.

Наблюдения по грибному сообществу:
Тенденция схожа, но разница между обработанными и необработанными участками менее выражена, чем для бактерий. Это позволяет предположить, что обработки компостными компонентами оказали меньшее влияние на грибное сообщество листьев.

Статистический анализ индексов альфа-разнообразия показал, что различия между обработанными и необработанными участками не были статистически значимыми.

Ключевые выводы:

• Через 2 ч после обработки наблюдается небольшое увеличение бактерий и грибов на обработанных листьях.
• Через 4 дня различия между обработанными и необработанными образцами уменьшаются.
• Компостный чай и вермикомпост содержат значительно больше микроорганизмов, чем листья, что подтверждает их потенциал как биостимуляторов.

Эта таблица демонстрирует, что компостные компоненты временно увеличивают микробную активность на листьях винограда, но эффект постепенно снижается через несколько дней.

В представленном исследовании прямое влияние вермикомпоста и компостного чая на милдью не было зафиксировано из-за отсутствия эпифитотии болезни в период эксперимента. Это ограничило исследование анализом только микробных сообществ на листьях, а не их взаимодействия с патогеном.

Однако в исследовании приводятся важные косвенные данные и выводы, связанные с потенциальным воздействием: компостный чай временно увеличил разнообразие бактерий (включая виды рода Pseudomonas) и грибов (например, Humicola nigrescens) на листьях, которые в литературе ассоциируются с:

• конкуренцией за ресурсы с патогенами.
• антагонистическим действием (например, выделение антимикробных веществ).
• индуцированием системной устойчивости растений.

Необходимо всё же отметить, что эти изменения были кратковременными — через 4 дня микробный профиль вернулся к исходному уровню.

Таким образом, хотя прямое подавление милдью не наблюдалось, исследование считает, что оптимизированный компостный чай может стать частью стратегии борьбы с болезнью в органическом виноградарстве, особенно в сочетании с другими методами (селекция устойчивых сортов, контроль влажности). Ключевая проблема на настоящий момент — нестабильность микробного сообщества на листьях после обработки.

Итог

В использованной дозе применение компостных компонентов для опрыскивания  кустов винограда, по-видимому, оказало незначительное влияние на микробное разнообразие, обнаруженное на листьях. Разнообразие, то есть количество присутствующих видов и их обилие, увеличилось через 2 часа после применения, в основном на уровне бактерий. Этот эффект, по-видимому, сохранялся после 1 дня, но через 4 дня эффект исчез, и микробное разнообразие обработанных листьев вернулось к уровню необработанных листьев.

Таким образом,

• компостные компоненты временно увеличили микробное разнообразие на листьях, но эффект был краткосрочным.
• Качество исходного компоста критически важно для эффективности чая.
• Для подтверждения результатов необходимы дополнительные исследования с большим количеством повторностей и контролем внешних факторов.

Этот проект предоставил виноградарям данные для оптимизации использования компостного чая, но также была выявлена необходимость улучшения методов его приготовления.

Подробнее ознакомиться с исследованием можно здесь (на фр.языке).