Ученые из международной группы подвели итоги, как чувствует себя бактериальное сообщество в почвах после многовекового применения органических или неорганических удобрений при непрерывном возделывании озимой пшеницы

Понимание структуры микробного сообщества почвы в получении урожаев становится все более важным по мере того, как накапливаются научные данные. Одна из новых работ по теме была опубликована командой ученых из Государственного университета Оклахомы, Техасского исследовательского центра A&M AgriLife, США, в сотрудничестве с коллегами из Института почвоведения Китайской академии наук, КНР.

В своей работе авторы, в том числе, пишут следующее.

«Как известно, микробиом почвы представляет собой сложные системы с огромным количеством и разнообразием организмов, из которых бактерии составляют более 70% при наличии одного миллиарда бактериальных клеток и примерно 8,3 млн видов в каждом грамме почвы.

Важность почвенного микробного сообщества в усвоении, круговороте и доступности питательных веществ для растений также убедительно доказана.

В здоровой почве обитают многочисленные и разнообразные микробы, в то время как нарушение окружающей среды и методы управления могут привести к изменениям в структурах сообществ.

Хотя долгосрочное внесение навоза приводило к обогащению почвенного органического вещества и росту численности микробов, оно не всегда повышало урожайность сельхозкультур по сравнению с синтетическими удобрениями.

С другой стороны, длительное внесение неорганических удобрений чревато закислением грунта и уменьшением численности и разнообразия микробов.

Принято считать, что доминирующими бактериальными типами в почве являются Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Verrucomicrobia и Bacteroidetes.

Из свойств почвы наличие углерода и азота и pH считаются ключевыми факторами, определяющими изменения в составе почвенного бактериального сообщества. Однако относительная важность этих факторов в движущих силах изменений в конкретных группах бактерий, влияющих на функцию экосистемы и продуктивность почвы, все еще не ясна.

Наш эксперимент предоставил возможность расширить представления о влиянии длительных органических и неорганических удобрений на структуру бактериального сообщества. Мы предположили, что различные методы внесения удобрений по-разному повлияют на свойства почвы и бактериальные сообщества при выращивании пшеницы в течение столетия. Выводы, полученные в результате долгосрочных исследований, имеют решающее значение для поддержки устойчивого производства пшеницы. Конкретные цели заключались в том, чтобы (1) оценить богатство, разнообразие и состав почвенного бактериального сообщества в ответ на столетние режимы органических, неорганических и без удобрений практик при непрерывном выращивании озимой пшеницы; и (2) определить движущие силы этих почв, которые определяют богатство, разнообразие и состав бактериального сообщества.

Это исследование продолжительностью в столетие проводилось на экспериментальном поле озимой пшеницы (Triticum aestivum L.), созданном в 1892 году в центральной части Оклахомы, США.

Почва представляет собой илистый суглинок.

В этом исследовании обработки почвы включали:

  • без добавления удобрений (контроль),
  • внесение органических удобрений в виде навоза крупного рогатого скота (навоз),
  • внесение неорганических азотных, фосфорных и калийных удобрений (NPK).

Обработка навозом началась в 1899 году, а обработка NPK была добавлена ​​в 1929 году.

Навоз крупного рогатого скота с откормочной площадки вносился каждые четыре года в дозе 269 кг N на гектар, а неорганические удобрения NPK вносились ежегодно в октябре перед посадкой 67 кг N на га; 14,6 кг P на гектар и 28 кг K/га в форме NH 4 NO 3, Ca (H 2 PO 4 ) 2, и KCl соответственно.

Многовековое выращивание пшеницы без удобрений привело к заметному истощению почвенного питания и продуктивности. Средняя урожайность зерна в контроле между 1890 и 2015 годами составляла около 52% и 46% от навоза и обработок NPK соответственно.

Тем не менее, контроль непрерывно производил в среднем> 1100 кг на га зерна пшеницы ежегодно на протяжении более века. Помимо ограниченного количества питательных веществ, добавляемых дождями, микробы, способные фиксировать атмосферный N 2, могли сыграть важную роль в поддержании продуктивности почвы.

В этом исследовании удалось четко продемонстрировать потерю богатства и разнообразия микробиома при длительном применении NPK. Хорошо известно, что длительное применение неорганических удобрений часто приводит к закислению почвы. Добавление доступных N, P и K может сместить микробное сообщество в пользу тех, которые менее конкурентоспособны в усвоении этих питательных веществ, но имеют более высокую устойчивость к кислотности. Следовательно, обработка NPK могла оказывать селективное давление, что и привело к уменьшению разнообразия и равномерного распределения бактериального сообщества.

Высокая доступность питательных веществ способствовала быстрому росту копиотрофов, в то время как почвы с ограниченными питательными веществами благоприятствовали медленнорастущим олиготрофам.

В настоящем исследовании Acidobacteria и Proteobacteria были двумя доминирующими типами в почвах при всех трех режимах удобрения, составляя 43-52% и 18-27% бактериального сообщества в каждой почве, соответственно.

Этот вывод согласуется с рядом отчетов, показывающих, что ацидобактерии и протеобактерии главенствуют в различных почвенных средах, хотя их численность может сильно варьироваться.

Соотношение численности Proteobacteria:Acidobacteria может служить широким индикатором трофического статуса для целого ряда наземных почв.

В этом исследовании соотношение было самым высоким в навозе (0,64), за ним следовал контроль (0,47) и самым низким оно стало в случае обработки NPK (0,35).

Из трех обработок удобрениями навоз обычно приводил к росту всех типов, кроме цианобактерий, NPK приводил к сокращению большинства типов, но процветанию хлорофлексий (Chloroflexi), контроль привел к продвижению цианобактерий, но к уменьшению количества нитроспир.

Самая низкая относительная численность Chloroflexi была обнаружена при обработке навоза, а самая высокая - в NPK. В целом, хлорофлексии стали третьим преобладающим видом, вероятно, из-за устойчивости к кислотному стрессу.

Следует отметить тип, популярный на участках контроля, - это актинобактерии . Интересно, что актинобактерии также содержат штаммы, способные фиксировать азот. Актинобактерии способствуют биологической буферизации почвы и разложению органических веществ, производят многие биоактивные метаболиты (антибактериальные, противогрибные и стимулирующие рост вещества для растений и животных). Поэтому сделан вывод, что цианобактерии, особенно M. paludosus и L. appalachiana., были ключевыми игроками в поддержании урожайности пшеницы в условиях векового отсутствия подкормок.

Это исследование в целом дает представление о том, как разрабатывать улучшенные стратегии удобрения для повышения урожайности в долгосрочной перспективе с учетом почвенного микробиома».

(Источник: www.mdpi.com).