Микробное окружениеСреди важнейших участников продукционного процесса у растений — почвенные микроорганизмы, о которых сельхозпроизводители нередко забывают в стремлении к увеличению урожайности только за счет иных факторов. При этом данные элементы широко распространяются при реализации далеко не всех систем земледелия.

Почвенные микроорганизмы играют важную роль в разнообразных процессах, направленных на формирование и поддержание плодородия, обладают способностью обеспечить сельскохозяйственные культуры необходимыми элементами питания и защитой от неблагоприятных факторов, включающих, в том числе, фитопатогены, а также стимулировать их рост и развитие. Они реагируют на изменения условий существования, что позволяет использовать их в качестве индикаторов состояния окружающей среды. Одним из факторов, вызывающих изменения в составе микробных сообществ агроценозов, является система земледелия.

СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ

В условиях степи, где недостаточное количество осадков и повышенные температуры во время вегетации полевых культур снижают их урожайность, в последнее время все больше возрастает интерес к системе земледелия по технологии прямого посева, то есть без обработки почвы, что обусловлено ее экономической и экологической целесообразностью. В рамках данного подхода микроорганизмы играют важную роль.

Сегодня перспективными являются исследования в стратегии управления микробным окружением растений, направленные на повышение продуктивности и устойчивости агроценозов, качества получаемой продукции, а также на решение задач биологизации технологий выращивания сельскохозяйственных культур в условиях различных систем земледелия, включая, в том числе, прямой посев. Основа формирования подобного окружения у растений представляет собой почвенные микроорганизмы, тогда как важным фактором, способным улучшать его состав, являются штаммы агрономически полезных микробов. В связи с этим в отделе сельскохозяйственной микробиологии ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» были разработаны комплексы микробных препаратов, подходящих возделываемым в регионе культурам и используемых путем предпосевной инокуляции семян. Следует отметить, что сейчас применение способа высокопроизводительного секвенирования гена 16S рРНК позволяет расширить знания о таксономической структуре микробиомов почв и показать их изменения под влиянием антропогенных факторов.

ДОМИНИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ

Продолжением научной деятельности в данном направлении стали исследования воздействия в пятипольном севообороте обычной системы земледелия, традиционной для степной части Республики Крым и каждой культуры, и прямого посева на представленность родов бактерий и архей микробиома чернозема южного. Работа осуществлялась в рамках стационарного опыта, заложенного в 2015 году на полях ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» в селе Клепинино, расположенном в Красногвардейском районе. Сравнения проводились с почвой целины, которая прочно сохраняет плодородное органическое вещество на протяжении многих десятилетий.

Во время исследования в черноземе южном было выявлено семь доминирующих родов: Candidatus Nitrososphaera, Rubrobacter, Flavisolibacter, Segetibacter, Bacillus, Bal­neimonas и Skermanella. Для первого рода были доступны экониши с широким диапазоном рН и температур. Доля их в почве, возделываемой по традиционной системе земледелия, оказалась максимальной среди исследуемых образцов и составила 9,197%, что стало в 1,3 и 1,5 раза больше, чем в целинной почве и при использовании прямого посева соответственно. Применение микробных препаратов способствовало ее увеличению при обеих технологиях. Среди доминирующих родов чернозема южного также находился Rubrobacter. Данные актинобактерии имеют высокую радиотолерантность и распространены на территории пустынь, являясь индикатором экстремальных условий в почве. Доля их представительства в черноземе южном целинного участка составила 3,1%. Незначительное ее увеличение, на 0,4%, отмечалось при реализации традиционной системы земледелия, однако при технологии прямого посева показатель снижался — на 0,4%. На микроорганизмы рода Flavisolibacter в условиях целинного участка приходилось 1,26%, причем применение систем земледелия способствовало увеличению этого значения. Влияние микробных препаратов зависело от реализуемого подхода: при прямом посеве отмечалось незначительное повышение доли микроорганизмов, а при обработке почвы — несильное падение. Аналогичные тенденции наблюдались в отношении минорных представителей рода Burkholderia.

СГЛАДИТЬ ПОСЛЕДСТВИЯ

В ходе опытов было отмечено, что традиционная система земледелия, усиливающая аэрацию почвы, способствовала увеличению количества бактерий рода Segetibacter в 2,7 раза по сравнению с целиной и прямым посевом. Однако при применении биопрепаратов фиксировалось снижение числа представителей данного рода в 2,1 раза при обработке почвы и повышение в 1,3 раза при реализации технологии no-till.

Как известно, к микроорганизмам, способным переносить изменения среды обитания, относятся роды Bacillus и Pseudomonas, среди которых имеются как фитопатогенные виды, так и их антагонисты, широко применяемые в биотехнологиях. Род Bacillus объединяет бактерии, образующие эндоспоры, устойчивые к химическим, физическим агентам и патогенам. Его представители также предпочитают более аэрированные почвы, поэтому их количество в черноземе южном во время исследования было максимальным в условиях обработки почвы. При этом число микробов Pseudomonas в образцах стационарного опыта оказалось выше, чем в целине. Кроме того, отмечались тенденции к увеличению доли обоих родов под влиянием микробных препаратов при реализации обеих систем земледелия. Важной чертой представителей родов Cellulomonas и Rhodococcus является их участие в трансформации экологически важных органических соединений. В исследуемых образцах чернозема южного количество их представителей было выше в целинной почве, а применение комплекса микробных препаратов способствовало снижению показателя их присутствия.

Таким образом, проведенная специалистами ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» с участием Центра коллективного пользования ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии» при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований работа продемонстрировала интересные результаты. Так, метагеномный анализ таксономического состава почвенного микробиома с использованием высокопроизводительного секвенирования показал, что применение микробных препаратов снижает негативное влияние систем земледелия на микробоценоз чернозема южного и позволяет повысить экологическую целесообразность реализации в условиях степи Республики Крым технологии прямого посева.

agbz.ru