Effect of an alternative viticulture on native entomopathogenic nematodes and other organisms linked to their soil food web in DOCa Rioja vineyards
- Autores: Ruben Blanco Pérez
- Directores de la Tesis: Vicente Santiago Marco Mancebón (dir. tes.), Ignacio Pérez Moreno (dir. tes.), Raquel Campos Herrera (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de La Rioja ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 165
- Títulos paralelos:
- Efecto de una viticultura alternativa sobre poblaciones de nematodos entomopatógenos nativos y organismos asociados a su red trófica en viñedos de la DOCa Rioja
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando García del Pino (presid.), Saioa Legarrea Imízcoz (secret.), Ivan Hiltpold (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Enología, Viticultura y Sostenibilidad por la Universidad de Castilla-La Mancha; la Universidad de La Rioja; la Universidad de Murcia; la Universidad de Salamanca y la Universidad de Valladolid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Dialnet
- Resumen
- español
Los nematodos entomopatógenos (NEPs) son agentes de control biológico comúnmente presentes en el suelo de los cultivos. Las prácticas agrícolas de laboreo convencional y aplicación de agroquímicos predisponen a la pérdida de biodiversidad del suelo, comprometiendo su salud y alterando el equilibrio natural de factores abióticos y bióticos que modulan la abundancia y actividad de los NEPs. El viñedo, soporte de un sector socioeconómico de gran relevancia mundial, es uno de los sistemas de cultivo más más se apoya en las prácticas del laboreo intensivo y la aplicación de productos agroquímicos. De este modo, con el fin de avanzar en su sostenibilidad, son necesarios nuevos enfoques en el manejo del viñedo. Nuestra hipótesis es que las estrategias alternativas al laboreo y a la liberación excesiva de agroquímicos en los manejos del suelo y de plagas, enfermedades y malas hierbas en vid, como son la implementación de cubiertas vegetales o acolchados y la agricultura ecológica, favorecerán la comunidad nativa de NEPs en el suelo del viñedo. De este modo, nuestro objetivo fue evaluar el impacto de diferentes prácticas vitivinícolas sobre las poblaciones nativas de NEPs y otros organismos específicos asociados a su red trófica del suelo y cómo sus interacciones podrían ser indicativo de la salud del suelo en los viñedos.
Para ello, combinamos metodologías tradicionales e innovadoras con el fin de aislar e identificar organismos de la mesofauna del suelo. En primer lugar, estimamos diferentes actividades del suelo, incluidas aquellas asociadas a los NEPs, empleando larvas de Galleria mellonella como cebos en las muestras de suelo usadas como trampas de insectos. Además, utilizamos cebadores y sondas específicos para identificar y cuantificar, mediante qPCR, la presencia y abundancia de 10 especies de NEPs y otros 12 organismos asociados a su red trófica: cuatro nematodos de vida libre (NVLs), seis hongos nematófagos (HNs) y dos bacterias ectoparásitas (BcPs). Por último, un tercer conjunto de submuestras de suelo fue utilizado para estimar sus propiedades físico-químicas. Siguiendo este procedimiento, realizamos tres estudios independientes para evaluar el impacto de diferentes prácticas de gestión sobre la comunidad de NEPs y organismos asociados en viñedos de la Denominación de Origen (DOCa) Rioja (Norte de España): (i) uso de diferentes cubiertas vegetales (sembradas con Bromus catharticus, mezcla de especies florícolas y vegetación espontánea) comparadas con la práctica de laboreo convencional en un viñedo experimental; (ii) cubiertas vegetales y viticultura ecológica comparadas con el laboreo convencional y el Manejo Integrado de Plagas (MIP) en 80 viñedos distribuidos por toda la DOCa Rioja; y (iii) diferentes tipos de acolchados orgánicos (basados en restos de poda, paja y compost post-cosecha de champiñón) comparados con el laboreo convencional y aplicaciones de herbicidas en dos viñedos experimentales, uno manejado mediante MIP y otro en ecológico.
Identificamos siete especies de NEPs y la totalidad del resto de especies examinadas, excepto el HN Arthrobotrys musiformis y la BcP Paenibacillus nematophilus. Los únicos NEPs encontrados en los tres estudios fueron Heterorhabditis bacteriophora, Steinernema feltiae y la nueva especie S. riojaense, identificada y aislada durante el transcurso de estos estudios. En general, la abundancia y la actividad de los NEPs fueron mayores en cubiertas vegetales y acolchados que en las prácticas convencionales de manejo del suelo en los dos estudios realizados en viñedos experimentales, una tendencia que, sin embargo, no fue confirmada por el estudio regional de la DOCa Rioja. Es posible que el impacto diferencial que las diversas estrategias alternativas al laboreo convencional puedan ejercer sobre las propiedades del suelo también afecte de modo diferente a la red trófica de los NEPs. En efecto, encontramos un menor número de enemigos potenciales de los NEPs, en particular de HNs, en cubiertas vegetales espontáneas y en acolchados basados en sustrato de post-cosecha de champiñón, los tratamientos para los que se registraron mayores tasas de actividad y abundancia de NEPs.
En lo referente al manejo de plagas observamos, de acuerdo con nuestra hipótesis, que la viticultura ecológica promovió en el estudio regional DOCa Rioja la actividad de los NEPs, así como la abundancia y actividad de la especie de NEP predominante, S. feltiae. Además, obtuvimos resultados similares en el viñedo ecológico del estudio de acolchados orgánicos. La viticultura ecológica también favoreció una mayor abundancia de NVLs y la riqueza del conjunto de especies de nematodos analizadas, puesto que las especies de NEPs Steinernema affine, S. carpocapsae y S. kraussei, así como la especie de NVL Oscheius onirici, sólo fueron identificadas en los viñedos ecológicos.
Los resultados obtenidos en estos estudios indican que la viticultura ecológica y las prácticas específicas de gestión del suelo que sustituyan parcial o totalmente al laboreo convencional pueden potenciar la presencia y actividad de NEPs nativos en el viñedo, contribuyendo al mantenimiento del servicio ecosistémico que estos organismos del suelo ofrecen como agentes de control biológico. Además, estos estudios sirvieron de ejemplo de cómo la evaluación de la red trófica del suelo de los NEPs puede servir como indicativo de la salud del suelo y de la conveniencia de unas prácticas vitícolas sobre otras. En el futuro, técnicas moleculares y análisis estadísticos innovadores mejorarán nuestra comprensión de los factores que determinan la presencia y distribución de los NEPs en el suelo de los cultivos.
- English
Entomopathogenic nematodes (EPNs) are biological control agents that often occur naturally in crop soils. The conventional agricultural practices of regular tillage and agrochemical applications predispose to soil biodiversity losses, compromising soil health and disrupting the natural balance of abiotic and biotic factors that might modulate EPN abundance and activity. The vineyard, which supports a relevant socio-economic sector worldwide, is one of the most intensively managed cropping systems. Therefore, approaches rather than reliance on mechanization and agrochemicals are needed to achieve more sustainable viticulture. We hypothesized that alternative strategies to tillage for soil management and the release of agrochemicals for pests, diseases, and weed management, such as cover cropping, mulching, and organic farming, would favor the native EPN community in vineyard soils. Therefore, our objective was to evaluate the impact of differentiated viticulture practices on native EPNs and other targeted organisms associated with their soil food web and how their assemblage might signal soil health in vineyards.
We implemented traditional and innovative methodologies to isolate and identify mesofauna to achieve this aim. Firstly, we estimated different soil activities, including those associated with EPNs, by baiting the soil samples with Galleria mellonella larvae. Besides, we used speciesspecific primers/probe qPCR sets to screen and quantify the occurrence and abundance of 10 EPN species and 12 organisms linked to their soil food web: four free-living nematodes (FLNs), six nematophagous fungi (NF), and two ectoparasitic bacteria (EcPB). Lastly, a third soil subsample set was employed to estimate the soil properties. Following this procedure, we performed three independent studies to evaluate the impact of different management practices on the EPN community and associated soils organisms in The Appellation of Origin (DOCa) Rioja vineyards (Northern Spain): (i) diverse cover crops (seeded with Bromus catharticus, flower-driven, and spontaneous) compared to regular tillage in an experimental vineyard, (ii) cover cropping and organic viticulture compared to regular tillage and Integrated Pest Management (IPM) in a survey comprising 80 vineyards, and (iii) various organic mulches (based on grape pruning debris, straw, and spent mushroom compost) compared to regular tillage and herbicide applications in an organic and IPM experimental vineyards.
We found seven EPN species and all the other screened species except the NF Arthrobotrys musiformis and the EcPB Paenibacillus nematophilus. The only EPNs reported in the three studies were Heterorhabditis bacteriophora, Steinernema feltiae, and the new EPN species S. riojaense, identified and isolated during the progress of this Thesis. Overall, EPN abundance and activity were higher for cover cropping and mulching than conventional soil management practices in both studies performed in experimental vineyards. However, the results obtained in the DOCa Rioja survey did not support this trend. It is possible that differential effects of diverse alternative strategies to regular tillage also affected the soil properties and, therefore, the EPN soil food web differentially. Indeed, we found lower numbers of potential enemies of EPNs, particularly NF, for spontaneous cover cropping and mulching based on spent mushroom compost, the treatments for which higher EPN activity rates and abundance were recorded.
On the other hand, in agreement with our hypothesis, organic viticulture enhanced the activity of native EPNs and the abundance and activity of the predominant EPN species, S. feltiae, in the DOCa Rioja survey. In addition, we obtained similar results for the organic vineyard in the mulching study. Organic viticulture also supported a higher FLN abundance and richness of the overall nematode species screened since the EPN species Steinernema affine, S. carpocapsae, and S. kraussei, as well as the FLN species Oscheius onirici, only occurred in organic vineyards.
Our results showed that organic viticulture and specific soil management practices that restrict or avoid regular tillage might support native EPNs in the vineyard, contributing to the maintenance of the ecosystem service these soil organisms offer as biological control agents. Moreover, these studies have illustrated how evaluating the EPN soil food web can signal soil health and the suitability of some viticulture practices over others. Applying innovative molecular tools and statistical analyses will improve understanding of the factors that determine the occurrence and distribution of EPNs in crop soils.
- español
