Полевую микроволновку против почвенных патогенов и сорняков тестируют в Китае

Дезинфекция почвы – важное мероприятие, однако, традиционные агрохимические методы могут привести к переносу остатков химических веществ и повышению устойчивости у вредных организмов. С другой стороны, хорошо известны физические способы обеззараживания почвы пламенем, горячей водой или паром, которые работают за счет теплового эффекта денатурирования белков и инактивации патогенных бактерий в почве.

Новое направление – микроволновая дезинфекция, которая в отличие от обычного нагрева, обеспечивает быстрое колебание полярных молекул под действием электромагнитных полей, что вызывает повреждение клеточной мембраны, мембранную дисфункцию и нарушает нормальные клеточные метаболические функции. В результате воздействия происходит гибель организма.

Вот что рассказали о «полевой микроволновке» китайские ученые в исследовании, в котором приняли участие эксперты из Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, Колледжа ресурсов и окружающей среды Цзилиньского сельскохозяйственного университета и Центра Nongxin (Nanjing) Smart Agriculture Research Institute Co., Ltd.

«Согласно исследованиям, микроволновое облучение почвы в течение 1-4 минут быстро повышает температуру почвы до 60-90 °C, необходимый для подавления большей части активности семян травы.  Для большинства почвенных вредителей, фитопатогенных грибов и бактерий условия инактивации происходят также при 60°C, а когда температура почвы достигает 70 °C или выше, патогенные для растений грибы, бактерии и вирусы почти полностью уничтожаются, - пишут авторы научной работы, опубликованной в журнале Agronomy 2023 на портале MDPI. - Микроволны обладают таким же «проникновением», как и химическая фумигация, которая может непосредственно воздействовать на глубину нескольких сантиметров, и сходны по эффекту с фунгицидом хлороформом.

Более того, микроволновое облучение меняет исходные физико-химические свойства почвы и микробное сообщество почвы таким образом, что достигается пролонгированное обеззараживание.

В предыдущих исследованиях преимущественно использовали микроволновые печи с металлическими отражающими резонаторами для обработки почвы. В этом, чтобы полностью понять потенциальное воздействие микроволновой обработки на почву и ее роль в формировании почвенного микробного сообщества, был сконструирован микроволновый генератор без полости металлического отражателя.

Использовались микроволновые частоты 2,45 ГГц и мощностью 2кВт, подходящие для промышленного сельского хозяйства с точки зрения прогревания и дезинфекции почвы, для горшечного тепличного эксперимента в течение периодов времени 3, 6, 9 и 12 мин соответственно, и контрольной группой без обработки.

Средняя температура в теплице в течение 30 дней эксперимента составляла 27°C, а влажность - 87,7%. После 30 дней инкубации из каждого горшка отбирали пять случайных почвенных кернов (глубиной 0-20 см и диаметром 2,2 см) и объединяли вместе, чтобы сформировать один составной образец.

Бактериальное разнообразие было снижено на 38-52% при 9- и 12-минутном микроволновом облучении, то есть более длительные периоды облучения оказывают негативное влияние на микробное разнообразие почвы. Периоды микроволнового облучения в 3 и 6 мин показывают меньшее снижение бактериального разнообразия и могут быть более подходящими.

Результаты показали, что хотя микроволновая обработка изменила микробное сообщество почвы, полезные почвенные микроорганизмы (Micromonospora, Fictibacillus, Paenibacillus и Bacillus (Firmicutes)) через месяц восстановились быстрее патогенов и превалировали далее в обработанной почве по сравнению с контролем».