Persson, Paula
Allelopatiska fånggrödor – effekter på sjukdomar och ogräs
Jordbundna växtsjukdomar och ogräs utgör allvarliga flaskhalsar för ekologisk produktion. Det är därför intressant att utvärdera både den sanerande effekt som fånggrödor kan ha mot olika växtpatogener samt den hämmande effekt dessa grödor även kan ha på ogräsfloran. Kunskap om hur dessa fånggrödor i växtföljden påverkar viktiga ogräsarter och jordburna patogener i Sverige saknas.
För att minska belastningen på miljön används fång- och mellangrödor i dagens jordbruksväxtföljder. Flera av de arter som godkänts som fånggrödor har en dokumenterad allelopatisk verkan, som råg, rajgräs och vitsenap. Allelopati definieras som ‘vissa växters förmåga att avge kemiska ämnen (allelopatiska substanser) som påverkar andra växter – effekten kan vara antingen hämmande eller stimulerande, beroende på ämnets koncentration’ (Rice 1984). Allelopatiska substanser kan emellertid även påverka andra organismer som t. ex. marklevande svampar, nematoder etc.
Flera arter inom familjen Brassicaceae (kålväxter) utgör mycket intressanta, möjliga sanerare av växtskadegörare som överlever i jorden. Hämmande effekter på olika ogräsarter har också påvisats men den hämmande effekten på ogräs verkar inte bara bero på glukosinolatinnehållet i kålväxten. Oljerättika (Raphanus sativus var. oleiformis Pers.), vitsenap (Sinapis alba L) och s.k Caliente eller sareptasenap (B. juncea) är i fokus för intresset. Dessa mellangrödor blir förutom sjukdomssanerare även fånggrödor, gröngödslingsgrödor och strukturförbättrare. I år har oljerättika och vitsenap godkänts som bidragsgivande fånggrödor. I Sverige används idag oljerättika och vitsenap som effektiva sanerare av betcystnematoden men undersökningar från Australien och Nordamerika har dessutom visat att många svamppatogener minskar då biomassa eller mjöl från oljerättika eller senap brukas ned. Mekanismerna bakom hämningen av patogena svampar är inte detsamma som för betcystnematoder och är inte i varje enskilt fall klarlagda. En av effekterna är emellertid omvandlingen av brassicaarternas glukosinolater till isotiocyanat. Det är av stor betydelse att biomassan sönderdelas väl och att den nedbrukas omedelbart. När det gäller effekt av senap mot ogräs finns en pågående småskalig fältstudie där pellets av restprodukter från pressade senapsfrön har haft hämmande effekter på ogräs (F. Fogelberg, JTI, muntlig information).
Även andra fånggrödor som råg (Secale cereale L.) och westervoldiskt rajgräs (Lolium multiflorum var. westerwoldicum Wittm.) är allelopatisk aktiva och godkända för miljöersättning för minskat kväveläckage i en del områden i södra delarna av Sverige. Råg och rajgräs har en väldokumenterad ogräshämmande effekt nedbrukad i marken eller som täckmaterial
Projektets övergripande mål är att utvärdera allelopatiska fånggrödors hämmande effekt på jordburna växtpatogener och ogräs av vikt för svensk ekologisk produktion. I projektet skall vi studera fånggrödorna oljerättika, vitsenap, råg och westervoldiskt rajgräs i växthus och utomhus i kärlgårdsexperiment. Vi har valt att studera fem ekonomiskt viktiga jordburna patogener i potatis, ärt och stråsäd och fem ogräsarter. I projektet kommer även att utvärderas hur graden av hämningen påverkas av mängden biomassa av fånggrödan per ytenhet.
Metodik
Vi har arbetat med fem patogener och fem ogräsarter som utgör allvarliga, begränsande faktorer för en säker ekologisk produktion. Vi har valt ut fyra fånggrödor med känd allelopatisk verkan: oljerättika, vitsenap, råg och westervoldiskt rajgräs. Fånggrödorna kommer att jämföras med tre kontroller: 1.) Struktur kontroll: lecakulor som en simulerad nedbrukad biomassa utan allelopatisk verkan, N tillsätts för att enskilt kunna bedöma struktureffekten, 2.) Kväve kontroll: N tillsätts utan organiskt material och 3.) Kontroll: Endast behandlad med patogen respektive ogräsart.
Projektet har delats upp i två steg. Först en screening (år 1 till 2) med 5 patogener respektive 5 ogräsarter för de respektive fånggrödorna. Experimenten utförs i smålådor i växthus.
I steg två (år 2 & 3) väljs en patogen, en ogräsart respektive en fånggröda för vidare utvärdering ut. Fyra nivåer av biomassa per ytenhet av fånggrödan utvärderas för att välja optimal effekt för patogenen respektive ogräsarten. Försöket i steg två har utförs utomhus i ett kärlgårdsförsök från augusti år 2 till våren år 3.
Tidplan
År1 till 2: Screeningförsök i växthus. De fyra fånggrödorna odlas i smålådor (15 x 35 x 30 cm under ca tre månader. Fem patogener respektive fem ogräsarter testas. Patogenerna respektive ogräsfröna tillsätts samtidigt som sådd av fånggröda. Efter ca två månader sönderdelas fånggrödan och nedbrukas därefter i jorden. Analys av fånggrödans påverkan på patogenerna görs 1 månad efter nedbrukning av fånggrödans biomassa. Metodik se respektive patogen. Ogräsarternas respektive uppkomsttid registreras kontinuerligt tills 50% av ogräsfröna kommit upp.T50 (antal dagar tills hälften av de sådda fröna kommit upp) och procent uppkomst kan då beräknas för respektive ogräsart och fånggröda.
År 2 till 3: Lådförsök utomhus. Försöket utförs i stora lådor (0,8 x 0,8 x 0,2m) där hela bestånd kan studeras. En fånggröda, en patogen och en ogräsart väljs ut utifrån resultaten av screeningförsöket. Utvald fånggröda odlas enligt föreskrifterna för bidrag. Biomassa tillsätts i fyra nivåer.
Patogenerna respektive ogräsfröna tillsätts samtidigt som sådd av fånggröda. Analys av fånggrödans påverkan på patogenerna görs 1 månad efter nedbrukning av fånggrödans biomassa. Metodik se respektive patogen. Ogräsarternas respektive uppkomsttid registreras kontinuerligt tills 50% av ogräsfröna kommit upp på hösten respektive på våren.T50 och procent uppkomst kan då beräknas för respektive ogräsart och fånggröda.
Patogensystem:
1. Aphanomyces euteiches orsakar ärtrotröta. Denna sjukdom är stundtals så begränsande att man avstår från att odla ärter. Den ekologiska ärtodlingen behöver ökas och en bra saneringsgröda kan vara ett bidragande medel för att detta skall lyckas. Fält med ärtrotröteproblem identifieras. Jord tas in för växthus/kärlgårdsförsök. Utvecklingen av A. euteiches analyseras i jordprover med biotest. Möjligheten att bedöma mängden patogen i jord eller växtprov skall utvärderas genom kvantitativ realtids PCR
2. Rostringar orsakas av TRV tobak rattle virus. Lovanggruppen (Lovang lantbrukskonsult AB) i Östergörland genomför tillsammans med partnerskap Alnarp fältförsök med oljerättika, vitsenap och calientesenap som mellangrödor växtsäsongen 2007 med odling av potatis 2008. Nematoder och rostringssymptom kommer att registreras av Lovangprojektet. I det nu sökta projektet kommer vi att provta knölar och med realtids PCR analysera förekomst av TRV.
3. Rhizoctonia solani orsakar ett flertal sjukdomar hos potatis: groddbränna, lackskorv och filtsjuka. Patogenen anses bland svenska odlare, vara den allvarligaste. Symptom kommer I Lovangsförsöket att graderas visuellt för att bedöma mellangrödornas påverkan.
4. Sclerotinia sclerotiorum är en patogen som kan angripa många växter t.ex lupin och åkerböna. S. sclerotiorum överlever i marken med sklerotier och vi kommer att undersöka om fånggrödans biomassa kan hämma groningen av sklerotierna. Insamlade sklerotier kommer att sys in i nätpåsar som placeras I jorden samtidigt som fånggrödan sås. Analysen görs genom att registrera antal bildade apothecier dvs den fruktkropp med sporer som är nödvändig för sjukdomens spridning.
5. Fusarium graminearum orsakar stråbasröta och axfusarios. Fusarium är ett sjukdomsproblem i stråsädesodlingen men kan också utgöra ett stort kvalitetsproblem eftersom den producerar mykotoxiner i fält. Mykotoxinerna påverkar både människor och djur och det finns sedan 2006 gränsvärden för hur mycket av dessa ämnen som spannmål, avsedda för livsmedel, får innehålla. F. graminearum har ökat i de nordiska länderna under senare år och producerar några av de viktigaste mykotoxinerna. F. gramineraum kommer att tillsättas I form av smittad halm och effekterna analyseras med kvantitativ realtid PCR av jordprover.
Ogräsarter:
Fem örtogräs väljs från olika växtfamiljer och med representanter för både vinter- och sommarannueller t ex:
Sommarannueller:1) Svinmålla, Chenopodium album, 2) Dån, Galeopsis spp.
Sommarannuellernas frön köldstratifieras under några veckor innan sådd i screening försöket som utförs i växthus.
Vinterannueller: 3) Baldersbrå, Tripleurospermum perforatum (Vetenskapliga synonym Matricaria inodora), 4) Snärjmåra, Galium aparine, 5) Åkerven, Apera spica-venti (Vetenskapliga synonym: Agrostis spica-venti).
Fånggrödor:
Vitsenap, oljerättika, råg och westervoldiskt rajgräs
Resurser till projektet
Inst för växtproduktionsekologi är placerade i ett nyrenoverat huskomplex tillsammans med inst för ekologi. I huset finns de resurser i form av växthus och kärlgård som projektet behöver. Vi har också tillgång till ett molekylärbiologiskt laboratorium med nödvändig apparatur såsom realtidsPCR-apparatur.
Vitsenap var den fånggröda som hämmade testade ogräsarter mest, men de olika ogräsarterna påverkades på olika sätt. Mest påverkad blev C. bursa-pastoris. I odlingsskåpsförsöket orsakade vitsenap en förlängning av groningstiden hos A. spica-venti, medan de två andra ogräsarterna reagerade genom att groddplantor dog (C. bursa-pastoris) eller att rottillväxten hämmades (T. perforatum). Oljerättika orsakade istället en statistiskt signifikant rottillväxt hos A. spica-venti och T. perforatum, och hade alltså en stimulerande effekt. Trots detta hade den även en groningshämmande effekt på A. spica-venti och orsakade en ökad dödlighet hos C. bursa-pastoris groddplantor. I växthusförsöket visar resultaten på ett statistiskt signifikant lägre antal plantor av C. bursa-pastoris och T. perforatum när de växte i lådor med nedbrukad vitsenap, och även deras biomassa påverkades signifikant jämfört med kontrollen. Utöver vitsenap och oljerättika påvisades också en förlängning av groningen hos A. spica-venti orsakad av råg och rajgräs samt orsakad av rajgräs hos C. bursa-pastoris. Rajgräs gav också en hämning av rottillväxten hos T. perforatum. I nätgårdsförsöket syns en tydlig effekt före övervintringen när frön från C. bursa-pastoris och T. perforatum såddes samtidigt som och fick växa med vitsenap, men inte efter övervintringen. Då fanns istället en gödslingseffekt.
I växthusförsöket syntes en fördröjning av produktionen av fruktkroppar, apothecier, hos S. sclerotiorum, när svampen odlades i jord med nedbrukat rajgräs jämfört med de andra behandlingarna. För de två andra växtpatogenerna R. solani och F. culmorum kunde ingen hämmande effekt av någon av behandlingarna beläggas i växthusförsöket. I fältförsöket där potatis odlades efter oljerättika och ärt fanns fler stubbrotsnematoder (vektor för TRV) i provrutor med ärtor som förfrukt, men däremot kunde ingen TRV detekteras i potatis som odlades efter de olika förfrukterna. De olika förfrukterna hade heller ingen effekt på mängden utvecklad lackskorv på knölarna, ett symptom orsakat av R. solani.
Projektets resultat visar tydligt att tidpunkt för nedbrukning av fånggröda är viktigt då två av ogräsarterna hämmades tydligt när de växte tillsammans med vitsenap innan övervintring, men ej efter. Ytterligare studier rekommenderas för att ordentligt utreda huruvida övervintring ökar andelen allelopatiska substanser i marken då fånggrödans celler fryser sönder, eller om substanserna diffunderar till atmosfären efter att de frigjorts eller adsorberas och binds upp av organiskt material i marken. Resultaten visar också att typ av fånggröda är viktig, och att de studerade ogräsarterna och jordburna patogenerna i studien hämmas mer eller mindra av olika fånggrödor, och vad gäller ogräsen var hämningsmekanismen olika som förlängd groningstid, påverkan av groddplantors överlevnad och rottillväxten . Detta kan sannolikt bero på vilka allelopatiska substanser som utsöndras av de olika fånggrödorna. Fler och fördjupade studier om dessa substanser hos svenska fånggrödesorter behövs om vi i framtiden vill optimera användandet av dem i syfte att hämma jordburna patogener och ogräs.
Projektet har inte kunnat påvisa några klara samband mellan mellangröda/förfrukt och påverkan på utvecklingen av växtsjukdomar. Bra effekten av bio-fumigation som vi på svenska kallar biosanering kräver speciella odlingsförhållanden. Som framgår av ett pågående parallellprojekt vid institutionen bildas de volatila isotiocyanaterna från glukosinolathaltigt sönderdelat växtmaterial under kort tid detekterbara mängder av volatila ämnen återfinnas bara under några timmar efter nedbrukningen. Vilken jordart fältet har spelar också roll och också temperatur. I doktorandprojektet ” Impact of Brassicaceae Cover Crops on the Management of Pea Crops and Aphanomyces Pea Root Rot” har doktorand Shakhawat Hossain funnit en kraftigt hämmande effekt på patogenen Aphanomyces eitheiches som orsakar ärtrotröta. Denna hämning sker främst med bladmaterial av Brassica juncea som har bildar mycket höga halter av glukosinolater. Studien ger inte samma hämmande effekt av vitsenap Sinapis alba trots att denna också innehåller glukosinolater. Kemisaka analyser visar att dessa inte ar lika som de i B. juncea och att de bidade isotiocyanaterna därmed inte heller är lika. Detta är en förklaring till den skilda förmågan att hämma växtpatogener som dessa båda växtarterna har (http://ekoforsk.slu.se/Projekt08_10/Safepeas.htm, rapport 2010)
Rajgräsets hämning och därmed fördröjning av utvecklingen av Sclerotinia apothecier kan vara mycket viktig för t.ex infektion av bomullsmögel i raps. Denna sker vid grödans blomning och kan apothecie och sporspridningen fördröjas medför detta att grödan har möjlighet att ”fly” från angrepp i och med att en överblommad gröda inte är infektionskänslig.
Val av förfrukt visade i fältförsöket påverka uppförökningen av TRVs (rostringsvirus) nematodvektorer. Resultaten visar att ärt jämfört med oljerättika uppförökade nematoderna signifikant mer. Val av förfrukt påverkar alltså nematoderna men resultaten från projektet har inte kunnat visa någon förändring i TRV förekomst då nematoderna inte överfört något virus till potatisen. En låg nematodpopulation är ju emellertid en grundförutsättning för lägre spridning av TRV.