Почвенный микробиом имеет решающее значение для экосистемы, и сельскохозяйственные практики, способствующие микробному разнообразию, могут поддерживать здоровье растений и даже защищать их от вредителей. Самые полезные агроприемы назвали ученые.
В недавнем исследовании американский ученые из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Корнельского университета проанализировали анкеты и образцы почвы 85 органических фермеров из штата Нью-Йорк, чтобы изучить взаимодействие между убеждениями, методами ведения сельского хозяйства и функциями почвенного микробиома. Результаты исследования опубликованы в журнале npj Sustainable Agriculture.
«Наша цель состояла в том, чтобы создать социально-экологическую модель, которая рассматривает, как представления фермеров о почвенном микробиоме влияют на их методы управления, и как эти методы, в свою очередь, влияют на экологические реакции», — поясняет ведущий автор исследования Элиас Блум, научный сотрудник Корнельского университета.
Соавторами исследования являются Клэр Кастил, доцент Школы интегративной науки о растениях Корнельского университета, и Шади Аталла, доцент кафедры сельскохозяйственной и потребительской экономики, входящей в состав Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук Иллинойского университета.
В предыдущем исследовании ученые обсуждали, как представления фермеров о микробиоме влияют на их методы ведения сельского хозяйства. В этом исследовании они объединили информацию о методах ведения сельского хозяйства с лабораторным анализом образцов почвы, предоставленных фермерами. Они провели секвенирование ДНК, чтобы определить, какие виды микроорганизмов присутствуют в образцах почвы, и сопоставили эти данные с методами ведения сельского хозяйства, которые, по сообщениям фермеров, они используют.
Они также смешали экстракты микробиома из образцов почвы с почвенной смесью для горшечных растений, вырастили горох, а затем занесли на растения тлю, чтобы оценить их способность подавлять вредителей.
«Проведение этих экспериментов в полевых условиях представляет собой сложную задачу, поскольку на здоровье растений влияет множество факторов. Перенося полевую почву в лабораторию, мы можем контролировать эти факторы и сосредоточиться на почвенном микробиоме, что помогает нам получить более убедительные доказательства», — сказал Кастил.
Исследователи связали три метода ведения сельского хозяйства с микробиомами, которые укрепляют защиту растений от вредителей.
К таким методам относились: отсутствие обработки почвы (фермеры не перекапывали почву между посадками или использовали постоянные приподнятые грядки); покровные культуры, включая злаки разных климатических предпочтений (холодо- и теплолюбивые), такие как озимая рожь, сорго, просо и суданская трава; целенаправленное капельное орошение или ручной полив вместо разбросного орошения. К негативным для микробиома практика ученые отнесли чрезмерное применение пестицидов, особенно, инсектицидов в течение последних трех лет.
Исследователям удалось установить корреляцию между представлениями фермеров о микробиоме и предпочитаемыми ими методами ведения хозяйства.
«Как экономисты, мы обычно проводим опросы фермеров и спрашиваем, стали бы они применять ту или иную практику, учитывая гипотетический результат. Здесь же у нас появилась возможность связать всю последовательность событий: от убеждений к практике, к результатам лабораторных исследований микробиома и к экономическим последствиям. Это очень новаторский и захватывающий подход. Мы обычно также сосредотачиваемся на экономических мотивах принятия управленческих решений, но обнаружили, что убеждения органических фермеров относительно влияния применяемых методов на микробиом могут иметь большее значение при внедрении новых практик, чем экономические факторы», — говорит Аталла.
В настоящее время ученые проводят еще одно исследование, предоставляя фермерам информацию о микробиоме их почвы и различные варианты субсидирования, чтобы выяснить, как это повлияет на их готовность внедрять методы, благоприятные для почвенного микробиома. Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США предлагает программы субсидирования таких методов, как беспахотная обработка почвы и использование покровных культур. Это продолжающееся исследование позволит пролить свет на то, как информация о почвенном микробиоме может повлиять на спрос фермеров на такие программы по сохранению почв.
«Знание того, что принятие этих практик и реальные результаты в отношении микробиома связаны с представлениями о микробиоме, открывает возможности для целенаправленных образовательных и просветительских программ», — подчеркивает Аталла.
Цель состоит в том, чтобы помочь фермерам лучше понять влияние различных стратегий борьбы с вредителями и направить их к методам, которые могут усилить естественные способы подавления вредителей.
В идеале фермеры могли бы получать индивидуальные рекомендации, основанные на составе почвенного микробиома. Однако, прежде чем станет возможным быстрый лабораторный анализ, необходимо преодолеть существенные технологические препятствия. Также необходимо лучше понимать сложность микробного состава. Исследователи работают над созданием биосенсоров, которые можно использовать для более быстрой характеристики микробиома, но эти инструменты все еще находятся в стадии разработки.
«Важно помнить, что подавление вредителей — это лишь одна из функций микробиома. Многие функции до сих пор остаются неизвестными, и мы не знаем, какие из них понадобятся в будущем, поскольку в сельском хозяйстве продолжают возникать новые проблемы, поэтому важно сохранять микробное разнообразие», — заключила Кастил.
Источник: University of Illinois at Urbana-Champaign. Автор: Марианна Штайн.
На фото вы видите, как исследователь подсчитывает количество тлей на гороховых растениях, выращенных в лаборатории. Автор фото: Элиас Блум.