Изменения таксономического состава и структуры прокариотного сообщества агродерново-подзолистой почвы при внесении биоугля

Результат исследований: Научные публикации в периодических изданияхстатья

Аннотация

В настоящее время в научной литературе активно обсуждается целесообразность применения в земледелии биоугля - одного из новых видов органогенных мелиорантов, получаемого из древесины или отходов растительного происхождения. Биоуголь рекомендуют использовать для увеличения биологической активности почв, повышения продуктивности культур, в ряде стран его активно внедряют в агротехнологии. Однако многие аспекты влияния биоугля на свойства и состояние агроценозов исследованы крайне слабо. Основное беспокойство вызывают данные о влиянии биоугля на минерализацию гумуса, так как дегумификация может привести к потере почвенного плодородия и снижению экологической устойчивости почв, особенно дерново-подзолистых, для которых характерно невысокое содержанием гумуса и слабая гумифицированность. Такие почвы исходно имеют низкую экологическую устойчивость и достаточно уязвимы для воздействия человека. При их использовании необходимо уделять значительное внимание микробиологическим и биохимическим процессам трансформации почвенного органического вещества. Воздействию биоугля на состав и состояние микробиоты почв в России посвящены единичные исследования, а для дерново-подзолистых почв северо-западного региона России оно изучено нами впервые. Целью работы была оценка влияния биоугля на особенности сообществ прокариот хорошо окультуренной агродерново-подзолистой супесчаной почвы. Образцы отбирали в Ленинградской области. Биоугль получали быстрым пиролизом из древесины березы и осины при 550 °С. К почвенным образцам добавляли 1 % биоугля. Исследования проводили в инкубационном эксперименте при комнатной температуре (7 и 90 сут, 20-22 °С; повторность вариантов опыта 3-кратная). Общепринятыми агрохимическими методами определяли содержание общего органического углерода и азота, минеральных форм азота и рН почвенной суспензии. Для анализа таксономического состава почвенных прокариот использовали метод высокопроизводительного секвенирования вариабельного участка гена 16S рРНК. Кластеризацию последовательностей и таксономическую идентификацию полученных операционных таксономических единиц (ОТЕ, OTU - Operational Taxonomic Unit) проводили с помощью программы QIIME. Разнообразие и выравненность бактериальных сообществ агродерново-подзолистой почвы оценивали по числу ОТЕ и индексу Шеннона (H). Статистическую обработку данных осуществляли с помощью программы IBM SPSS Statistics, Version 25 («IBM», США). Достоверность различий между вариантами оценивали по результатам однофакторного дисперсионного анализа с помощью критериев Дункана (Duncan’s test) или Стюдента-Ньюмена-Кейлса (Student-Newman-Keuls test) при p < 0,05. При внесении биоугля в почву отмечали усиление процессов минерализации органического вещества. За период наблюдений содержание гумуса в почве снизилось с 4,41 до 3,83 %, то есть на 11 % больше, чем в контроле. Активизация трансформации органического вещества протекала на фоне изменений состояния прокариотного сообщества. Сообщество было представлено в основном бактериями фил Actinobacteria , Firmicutes , Proteobacteria , Chloroflexi , Acidobacteria , Planctomycetes , Verrucomicrobia . Внесение биоугля в почву сопровождалось возрастанием общего разнообразия бактерий и увеличением обилия представителей фил Planctomycetes , Verrucomicrobia , Proteobacteria и FBP, а также уменьшением обилия представителей фил Actinobacteria , Nitrospirae , Firmicutes и Fibrobacteres . В целом под влиянием биоугля в прокариотном сообществе возросло обилие олиготрофов и сократилась доля копиотрофов. Угнетение бактерий филы Nitrospirae может объясняться снижением концентрации доступного аммония. Кроме того, при внесении биоугля в почве увеличилось обилие некоторых таксонов, включающих бактерии, которые также участвуют в разложении сложных природных биополимеров (порядки Myxococcales и Xanthomonadales , класс Sphingobacteriia и др.). С этими изменениями, вероятно, связана интенсификация процессов трансформации трудномобилизуемых органических веществ при внесении биоугля в агродерново-подзолистую почву.
Язык оригиналарусский
Страницы (с-по)163-173
Число страниц11
ЖурналСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
Том55
Номер выпуска1
DOI
СостояниеОпубликовано - 2020

Цитировать