Покровные культуры не могут быстро восстановить почву после десятилетий монокультуры кукурузы

Долгосрочный эксперимент Университета Иллинойса, включающий более 40 лет непрерывного выращивания кукурузы при разных нормах азотных удобрений, предоставляет уникальные возможности для изучения почвенного микробиома.

Два исследования под руководством Накиана Кима, выпускника факультета растениеводства, показали, что краткосрочное использование покровных культур не может отменить десятилетия микробной динамики в ответ на монокультуру кукурузы и интенсивное внесение азотных удобрений.

Детальный анализ микробных сообществ

В первом исследовании (Agronomy) Ким охарактеризовал сдвиги в микробных сообществах на уровне рода — с более высоким таксономическим разрешением, чем в предыдущих работах (обычно на уровне типа). Это позволило выявить индикаторные роды, отражающие критически важные аспекты здоровья и функционирования почвы.

• Результаты: Длительное внесение удобрений и покровные культуры благоприятствовали микробам, которые могут увеличивать риск выбросов закиси азота (N₂O). При этом покровные культуры также повышали биоразнообразие почвы, способствуя развитию микробов с более разнообразными нишами и функциями.

Влияние на азотный цикл

Во втором исследовании (Frontiers in Microbiology) фокус сместился на функциональные гены микробов, участвующих в круговороте азота.

• Результаты: Интенсивное внесение азотных удобрений значительно нарушило сообщества, участвующие в азотном цикле. Аммиак-окисляющие археи резко сократились, а в денитрифицирующих сообществах негативно пострадали организмы с геном nirS. Два года использования покровных культур не оказали влияния на потенциальные скорости нитрификации и денитрификации — косвенные индикаторы вымывания нитратов и эмиссии N₂O.

Выводы и перспективы

Исследования показывают, что если система достаточно долго подвергалась нарушению микробных сообществ, она может выработать устойчивость к консервационным практикам. Двух лет покровных культур оказалось недостаточно, чтобы исправить ущерб от 36 лет монокультуры кукурузы и применения удобрений.

Как отмечает соавтор работ профессор Мария Вильямил, микробные сообщества динамично реагируют на неустойчивые практики и адаптируются к новым условиям. Возвращение к исходному состоянию может потребовать огромных усилий и времени. Покровные культуры должны быть одной из многих стратегий для повышения пространственного и временного разнообразия агросистем.