Topographic effects on dispersal patterns of Phytophthora cinnamomi at a stand scale in a Spanish heathland

Abstract

Phytophthora cinnamomi es uno de los patógenos de plantas más importantes del mundo, causando la putrefacción de las raíces en más de mil especies de plantas. Este estudio de observación se llevó a cabo en un brezal infectado con P. cinnamomi de Erica umbellata utilizado como pasto para cabras. Los patrones y formas de los focos de la enfermedad y su distribución se describieron en un contexto espacial y temporal mediante un registro de fotografías aéreas. Se seleccionó un conjunto de rasgos topográficos sobre la base de una hipótesis de dinámica de la enfermedad y se analizaron sus efectos en los patrones espaciales de la enfermedad observados. Las infecciones incipientes situadas en terreno llano se expandieron como patrones de frente circular compacto con una baja tasa de crecimiento. En las laderas, los parches de la enfermedad se desarrollaron más rápidamente en la pendiente, formando formas parabólicas. La dirección del eje de las parábolas estaba altamente correlacionada con el aspecto del terreno, mientras que la amplitud parabólica se asociaba con la curvatura y la pendiente del terreno. Con el paso de los años aparecieron nuevos focos secundarios que produjeron un aumento acelerado de la superficie afectada. Estos nuevos focos se observaron en sitios donde la densidad de la enfermedad era mayor o cerca de sitios más frecuentemente visitados por animales como el establo o el cultivo de forraje. Por el contrario, un menor número de focos de enfermedad se producen en zonas que los animales son reacios a visitar, por ejemplo, donde tienen un corto alcance de visión. Nuestros resultados sugieren que 1) el crecimiento de los focos existentes de P. cinnamomi se controla mediante una combinación de contacto de raíz a raíz y flujos de agua, 2) el aumento del área enferma surge principalmente de la multiplicación de parches, 3) la formación de nuevos focos está mediada por el transporte a larga distancia debido al movimiento de animales y humanos a lo largo de ciertas rutas preferenciales, y 4) los rasgos de geomorfología y topografía están asociados con la epidemiología de este patógeno transmitido por el suelo.

Phytophthora cinnamomi is one of the most important plant pathogens in the world, causing root rot in more than a thousand plant species. This observational study was carried out on a P. cinnamomi infected heathland of Erica umbellata used as goat pasture. The patterns and shapes of disease foci and their distribution were described in a spatial and temporal context using an aerial photograph record. A set of topographic traits was selected on the basis of a disease dynamic hypothesis and their effects on observed spatial disease patterns were analyzed. Incipient infections situated in flat terrain expanded as compact circular front patterns with a low growth rate. On slopes, disease patches developed more rapidly down slope, forming parabolic shapes. The axis direction of the parabolas was highly correlated with terrain aspect, while the parabolic amplitude was associated with land curvature and slope. New secondary foci appeared over the years producing an accelerated increase of the affected surface. These new foci were observed in sites where disease density was higher or near sites more frequently visited by animals such as the stable or the forage crop. In contrast, a smaller number of disease foci occur in areas which animals are reluctant to visit, such as where they have a short range of vision. Our results suggest that 1) the growth of existing P. cinnamomi foci is controlled by a combination of root-to-root contact and wáter flows, 2) the increase in the diseased area arises mainly from the multiplication of patches, 3) the formation of new foci is mediated by long-distance transport due to the movement of animals and humans along certain preferential pathways, and 4) geomorphology and topography traits are associated with the epidemiology of this soil-borne pathogen.