TY - JOUR

T1 - ПОЧВЫ ЧЕРНЕВОЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ - МОРФОЛОГИЯ, АГРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, МИКРОБИОТА

AU - Abakumov, E. V.

AU - Loyko, S. V.

AU - Istigechev, G. I.

AU - Kulemzina, A. I.

AU - Lashchinskiy, N. N.

AU - Andronov, E. E.

AU - Lapidus, A. L.

N1 - Funding Information: 1Saint-Petersburg State University, 7-9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034 Russia, e mail e_abakumov@mail.ru ( corresponding author); 2National Research Tomsk State University, 36, pr. Lenina, Tomsk, 634050 Russia, e-mail s.loyko@yandex.ru; 3Agrophysical Research Institute, 14, Grazhdanskiy pr., St. Petersburg, 195220 Russia; 4Institute of Molecular and Cellular Biology, 8/2, pr. Academika Lavrentieva, Novosibirsk, 630090 Russia, e-mail zakal@mcb.nsc.ru; 5Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch RAS, 101, ul. Zolotodolinskaya, Novosibirsk, 630090 Russia, e-mail nnl630090@gmail.com; 6All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, 3, sh. Podbel’skogo, St. Petersburg, 196608 Russia, e-mail eeandr@gmail.com; 7Dokuchaev Soil Science Institute, 7/2, Pyzhyovskiy per., Moscow, 397463 Russia; 8Saint-Petersburg State University, Center for Algorithmic Biotechnology, 7-9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034 Russia, e-mail a.lapidus@spbu.ru ( corresponding author) ORCID: Abakumov E.V. orcid.org/0000-0002-5248-9018 Loyko S.V. orcid.org/0000-0003-2020-4716 Istigechev G.I. orcid.org/0000-0002-8387-5341 Kulemzina A.I. orcid.org/0000-0002-6791-5120 The authors declare no conflict of interests Acknowledgements: The work was carried out using the equipment of the “Chemical Analysis and Materials Research Center” of the SPbSU Science Park. Supported financially from Russian Science Foundation (project No. 19-16-00049) Received May 17, 2020 doi: 10.15389/agrobiology.2020.5.1018eng Publisher Copyright: © 2020 Russian Academy of Agricultural Sciences. All rights reserved. Copyright: Copyright 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Почвы черневой тайги Западной Сибири обладают исключительно высоким потенциальным плодородием, не затронутым негативными последствиями многолетней сельскохозяйственной практики и реализующимся за счет внутренних биотических и абиотических ресурсов. Анализ такого комплекса связанных свойств в рамках метагеномного исследования и выявление микробных драйверов плодородия могут стать основой инновационных технологий повышения продуктивности почв и сельскохозяйственных культур. В настоящей работе нами впервые получены данные о таксономической структуре и особенностях микробиоты почв черневой тайги и выявлены таксоны, численность которых достоверно увеличивается при переходе от фоновой зональной почвы к почве черневой тайги. Анализ почвенных образцов, собранных при экспедиционных обследованиях в 2019 году, показал, что почвы черневой тайги (Новосибирская, Томская и Кемеровская области, Алтайский край) представлены в основном подзолистыми, дерново-подзолистыми, серыми и (намного реже) темно-серыми почвами (тяжелосуглинистыми и легкоглинистыми разновидностями, приуроченными к делювиальным чехлам голоценового и позднеплейстоценового возраста). Эти почвы формируются при уникальных комбинациях геогенных и биоклиматических условий, при которых почвы не промерзают зимой и обеспечены влагой, что способствует быстрой минерализации подстилочного материала и закреплению минеральных элементов питания в верхней гумусированной толще почвенного профиля. Аккумуляция биофильных элементов является важнейшим свойством почв черневой тайги, с которым связан феномен гигантизма и крайне высокой продуктивности растений. Мы показали, что почвы черневой тайги содержат максимальное количество органических углерода по сравнению с почвами олиготрофных местообитаний (9,85 против 2,74 %). Актуальное почвенное плодородия в черневой тайге в несколько раз выше, чем в смежных биотопах (максимальное содержание доступных форм фосфора и калия — соответственно 702 и 470 мг/кг). Расположенные в смежных ландшафтах почвы относительно олиготрофных лесов бедны по агрохимическим показателям плодородия (максимальное содержание обменных форм фосфора и калия — соответственно 113 и 18 мг/кг), имеют маломощный гумусовый горизонт и относятся (согласно субстантивно-профильной классификации почв России) к органо-аккумулятивным и альфегумусовым стволам почвообразования. Разнообразие микроорганизмов в изученных почвах различается в зависимости от режима трофности экосистемы. Почвы черневой тайги характеризуются повышенным разнообразием микробного сообщества (оценка по индексу Шеннона), а также присутствием филумов Nitrospirae и Thaumarchaeota,которые, однако, не доминируют. Общие филы для всех изученных почв — Proteobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes иFirmicutes.

AB - Почвы черневой тайги Западной Сибири обладают исключительно высоким потенциальным плодородием, не затронутым негативными последствиями многолетней сельскохозяйственной практики и реализующимся за счет внутренних биотических и абиотических ресурсов. Анализ такого комплекса связанных свойств в рамках метагеномного исследования и выявление микробных драйверов плодородия могут стать основой инновационных технологий повышения продуктивности почв и сельскохозяйственных культур. В настоящей работе нами впервые получены данные о таксономической структуре и особенностях микробиоты почв черневой тайги и выявлены таксоны, численность которых достоверно увеличивается при переходе от фоновой зональной почвы к почве черневой тайги. Анализ почвенных образцов, собранных при экспедиционных обследованиях в 2019 году, показал, что почвы черневой тайги (Новосибирская, Томская и Кемеровская области, Алтайский край) представлены в основном подзолистыми, дерново-подзолистыми, серыми и (намного реже) темно-серыми почвами (тяжелосуглинистыми и легкоглинистыми разновидностями, приуроченными к делювиальным чехлам голоценового и позднеплейстоценового возраста). Эти почвы формируются при уникальных комбинациях геогенных и биоклиматических условий, при которых почвы не промерзают зимой и обеспечены влагой, что способствует быстрой минерализации подстилочного материала и закреплению минеральных элементов питания в верхней гумусированной толще почвенного профиля. Аккумуляция биофильных элементов является важнейшим свойством почв черневой тайги, с которым связан феномен гигантизма и крайне высокой продуктивности растений. Мы показали, что почвы черневой тайги содержат максимальное количество органических углерода по сравнению с почвами олиготрофных местообитаний (9,85 против 2,74 %). Актуальное почвенное плодородия в черневой тайге в несколько раз выше, чем в смежных биотопах (максимальное содержание доступных форм фосфора и калия — соответственно 702 и 470 мг/кг). Расположенные в смежных ландшафтах почвы относительно олиготрофных лесов бедны по агрохимическим показателям плодородия (максимальное содержание обменных форм фосфора и калия — соответственно 113 и 18 мг/кг), имеют маломощный гумусовый горизонт и относятся (согласно субстантивно-профильной классификации почв России) к органо-аккумулятивным и альфегумусовым стволам почвообразования. Разнообразие микроорганизмов в изученных почвах различается в зависимости от режима трофности экосистемы. Почвы черневой тайги характеризуются повышенным разнообразием микробного сообщества (оценка по индексу Шеннона), а также присутствием филумов Nitrospirae и Thaumarchaeota,которые, однако, не доминируют. Общие филы для всех изученных почв — Proteobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes иFirmicutes.

KW - Chernevaya taiga

KW - Fertility factors

KW - Microbial communities

KW - NGS

KW - Soil ecological functions

KW - Western Siberia

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85096975580&partnerID=8YFLogxK

UR - https://www.mendeley.com/catalogue/b02cbe5a-af66-34e3-a12e-9ccaf9220e35/

U2 - 10.15389/agrobiology.2020.5.1018rus

DO - 10.15389/agrobiology.2020.5.1018rus

M3 - статья

AN - SCOPUS:85096975580

VL - 55

SP - 1018

EP - 1039

JO - СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ

JF - СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ. СЕРИЯ: БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ

SN - 0131-6397

IS - 5

ER -