Длительное использование сидератов укрепляет ключевые микробиомы, управляющие множеством функций в почвенном профиле

Исследование, опубликованное в журнале Science China Life Sciences, проведено под руководством профессоров Вэйдун Цао (Институт агроресурсов и регионального планирования, Китайская академия сельскохозяйственных наук) и Цзунсянь Чэ (Институт почвы, удобрений и водосберегающего земледелия, Ганьсуйская академия сельскохозяйственных наук).

Длительный полевой эксперимент по внесению удобрений был заложен в 1988 году в системе севооборота пшеница-кукуруза в провинции Ганьсу, Китай. Он включает типичные для Китая системы удобрения: химический азот (N), коровий навоз, солому и сидераты.

Учёные стревились определить, различается ли влияние каждого типа удобрений на ключевые процессы углеродного (C) и азотного циклов в почве, такие как минерализация органического C, фиксация N и выделение N₂O. На основе долгосрочного эксперимента были проведены микрокосмические исследования для определения потенциальных функций почвы и анализа механизмов, ими управляющих.

Основные результаты:

• Длительное применение сидератов или коровьего навоза обеспечило урожайность пшеницы, эквивалентную применению химического N, но с более высоким уровнем почвенных функций.
• Урожайность в этих вариантах контролировалась функциональностью азотного цикла, особенно минерализацией почвенного N и биологической фиксацией N₂.
• Ключевые филотипы (keystone phylotypes) внутри глобальной микробной сети, а не всё микробное сообщество в целом, определяли многофункциональность почвы и функционирование циклов C, N и P по всему почвенному профилю (0–100 см).
• Эти ключевые филотипы включали множество метаболических путей круговорота питательных веществ и важные микробы, участвующие в минерализации органического C, выделении N₂O и биологической фиксации N₂.
• Например, варианты с химическим N, сидератами и навозом привели к наибольшей численности генов amoB, nifH и GH48, а также семейств Nitrosomonadaceae, Azospirillaceae и Sphingomonadaceae внутри ключевых филотипов. Эти микробы были достоверно положительно связаны с выделением N₂O, фиксацией N и минерализацией органического C соответственно.
• Органические удобрения усилили влияние размера микробной сети и ключевых филотипов на функции подпочвенных горизонтов, облегчая миграцию микроорганизмов по почвенному профилю. Наибольшая скорость миграции была отмечена при использовании сидератов.

Вывод учёных: уникальная роль сидератов в поддержании и улучшении здоровья почвы подтверждается. Они способствуют миграции микроорганизмов по почвенному профилю и стимулируют биологическую фиксацию азота. Это исследование предлагает стратегии для управления почвенными функциями и продуктивностью через воздействие на ключевые таксоны почвенных микробов в агроэкосистемах.