Микробиологические показатели дерново-подзолистой почвы и ее ризосферы в полувековом полевом опыте с применением разных систем удобрения
- Авторы: Семенов М.В.1, Ксенофонтова Н.А.1, Никитин Д.А.1, Тхакахова А.К.1, Лукин С.М.2
-
Учреждения:
- Почвенный институт им. В.В. Докучаева
- Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа – филиал “Верхневолжский ФАНЦ”
- Выпуск: № 6 (2023)
- Страницы: 715-729
- Раздел: БИОЛОГИЯ ПОЧВ
- URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/138123
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22601220
- EDN: https://elibrary.ru/FPEBGH
- ID: 138123
Цитировать
Аннотация
Изучено влияние разных систем удобрения на количественные показатели различных групп микроорганизмов внекорневой агродерново-подзолистой почвы (Umbric Albic Retisol (Aric)) и ризосферы картофеля и ячменя. Исследование проводили на базе длительного полевого опыта, в котором с 1968 г. применяются минеральная (NPK), органическая (навоз) и органо-минеральная (NPK + навоз) системы удобрения. Внесение органических удобрений на 25–100% повышало содержание углерода микробной биомассы (Смик) в почве и ризосфере по сравнению с почвой без удобрений, а применение минеральных удобрений, наоборот, снижало на 10–30%. Базальное дыхание и дыхательный коэффициент (qСО2) увеличивались в ряду: без удобрений < NPK < NPK + навоз < навоз. Численность копий генов бактерий, архей и грибов существенно, в 1.5–2.5 раза, повышалась в условиях применения органических удобрений и снижалась в 2–2.5 раза под воздействием NPK. Соотношение грибы/бактерии по методу люминесцентной микроскопии изменялось от 32 до 100, а по результатам количественной ПЦР – от 0.10 до 0.92, при этом наименьшие значения были характерны для вариантов с внесением NPK, а наибольшие – с навозом. Таким образом, в целях поддержания стабильности системы почва–микроорганизмы–растение применяемые дозы минеральных удобрений должны компенсироваться внесением свежего органического вещества.
Об авторах
М. В. Семенов
Почвенный институт им. В.В. Докучаева
Автор, ответственный за переписку.
Email: mikhail.v.semenov@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
Н. А. Ксенофонтова
Почвенный институт им. В.В. Докучаева
Email: mikhail.v.semenov@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
Д. А. Никитин
Почвенный институт им. В.В. Докучаева
Email: mikhail.v.semenov@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
А. К. Тхакахова
Почвенный институт им. В.В. Докучаева
Email: mikhail.v.semenov@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 2
С. М. Лукин
Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа – филиал“Верхневолжский ФАНЦ”
Email: mikhail.v.semenov@gmail.com
Россия, 601390, Судогодский р-н, Владимирская обл., Вяткино, Прянишникова ул., 2
Список литературы
- Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.
- Ананьева Н.Д., Полянская Л.М., Стольникова Е.В., Звягинцев Д.Г. Соотношение биомассы грибов и бактерий в профиле лесных почв. Известия Российской академии наук. Серия биологическая // 2010. № 3. С. 308–317.
- Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2016. 243 с.
- Евдокимов И.В. Динамика ризосферного эффекта в почве // Почвоведение. 2013. № 6. С. 715–724. https://doi.org/10.7868/S0032180X13060026
- Когут Б.М., Яшин М.А., Семенов В.М., Авдеева Т.Н., Маркина Л.Г., Лукин С.М., Тарасов С.И. Распределение трансформированного органического вещества в структурных отдельностях дерново-подзолистой супесчаной почвы // Почвоведение. 2016. № 1. С. 52–52. https://doi.org/10.7868/S0032180X1601007X
- Кудеяров В.Н., Семенов В.М. Проблемы агрохимии и современное состояние химизации сельскохозяйственного производства в Российской Федерации // Агрохимия. 2014. № 10. С. 3–17.
- Лукин С.М., Золкина Е.И., Марчук Е.В. Влияние длительного применения удобрений на продуктивность севооборота, содержание и качественный состав органического вещества почвы // Плодородие. 2021. Т. 3. № 120. С. 93–98. https://doi.org/10.25680/S19948603.2021.120.18
- Полянская Л.М., Лукин С.М., Звягинцев Д.Г. Изменение состава микробной биомассы при окультуривании // Почвоведение. 1997. № 2. С. 206–212.
- Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Зинякова Н.Б., Соколов Д.А., Семенов М.В. Эвтрофикация пахотной почвы: сравнительное влияние минеральной и органической систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 1. С. 58–73. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600676
- Семенов М.В., Никитин Д.А., Степанов А.Л., Семенов В.М. Структура бактериальных и грибных сообществ ризосферного и внекорневого локусов серой лесной почвы // Почвоведение. 2019. № 3. С. 355–369. https://doi.org/10.1134/S0032180X19010131
- Семенов М.В. Метабаркодинг и метагеномика в почвенно-экологических исследованиях: успехи, проблемы и возможности // Журн. общей биол. 2019. Т. 80. № 6. С. 403–417. https://doi.org/10.1134/S004445961906006X
- Ai C., Liang G., Sun J., Wang X., He P., Zhou W., He X. Reduced dependence of rhizosphere microbiome on plant-derived carbon in 32-year long-term inorganic and organic fertilized soils // Soil Biol. Biochem. 2015. V. 80. P. 70–78. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.09.028
- Ashraf M.N., Hu C., Wu L., Duan Y., Zhang W., Aziz T., Cai A., Abrar M.M., Xu M. Soil and microbial biomass stoichiometry regulate soil organic carbon and nitrogen mineralization in rice-wheat rotation subjected to long-term fertilization // J. Soils Sediments. 2020. V. 20. P. 3103–3113. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02642-y
- Bailey V.L., Smith J.L., Bolton H., Jr. Fungal-to-bacterial ratios in soils investigated for enhanced C sequestration // Soil Biol. Biochem. 2002. V. 34. P. 997–1007. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(02)00033-0
- Bebber D.P., Richards. V.R. A meta-analysis of the effect of organic and mineral fertilizers on soil microbial diversity // Appl. Soil Ecol. 2022. V. 175. P. 104450. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2022.104450
- Berendsen R.L., Pieterse C.M., Bakker P.A. The rhizosphere microbiome and plant health // Trends in plant science. 2012. V. 17. P. 478–486. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.04.001
- Brar B.S., Singh J., Singh G., Kaur G. Effects of long term application of inorganic and organic fertilizers on soil organic carbon and physical properties in maize–wheat rotation // Agronomy. 2015. V. 5. P. 220–238. https://doi.org/10.3390/agronomy5020220
- Carvalheiro L.G., Biesmeijer J.C., Franzén M., Aguirre-Gutiérrez J., Garibaldi L.A., Helm A., Michez D., Pöyry J., Reemer M., Schweiger O., Leon van den B., WallisDeVries M.F., Kunin W.E. Soil eutrophication shaped the composition of pollinator assemblages during the past century // Ecography. 2020. V. 43. P. 209–221. https://doi.org/10.1111/ecog.04656
- Chenu C., Angers D.A., Barré P., Derrien D., Arrouays D., Balesdent J. Increasing organic stocks in agricultural soils: Knowledge gaps and potential Innovations // Soil Tillage Res. 2019. V. 188. P. 41–52. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.04.011
- Dang P., Li C., Lu C., Zhang M., Huang T., Wan C., Wang H., Chen Y., Qin X., Liao Y., Siddique K.H.M. Effect of fertilizer management on the soil bacterial community in agroecosystems across the globe // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2022. V. 326. P. 107795. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107795
- Diacono M., Montemurro F. Long-term effects of organic amendments on soil fertility. A review // Agronomy for Sustain. Development. 2010. V. 30. P. 401–422. https://doi.org/10.1007/978-94-007-0394-0_34
- Dincă L.C., Grenni P., Onet C., Onet A. Fertilization and soil microbial community: a review // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 1198. https://doi.org/10.3390/app12031198
- Ding J., Jiang X., Guan D., Zhao B., Ma M., Zhou B., Cao F., Yang X., Li L., Li J. Influence of inorganic fertilizer and organic manure application on fungal communities in a long-term field experiment of Chinese Mollisols // Appl. Soil Ecol. 2017. V. 111. P. 114–122. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.12.003
- Dong W.Y., Zhang X.Y., Dai X.Q., Fu X.L., Yang F.T., Liu X.Y., Schaeffer S. Changes in soil microbial community composition in response to fertilization of paddy soils in subtropical China // Appl. Soil Ecol. 2014. V.84. P. 140–147. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2014.06.007
- Fierer N. Embracing the unknown: disentangling the complexities of the soil microbiome // Nature Rev. Microbiol. 2017. V. 15. P. 579–590. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.87
- Ge G., Li Z., Fan F., Chu G., Hou Z., Liang Y. Soil biological activity and their seasonal variations in response to long-term application of organic and inorganic fertilizers // Plant and Soil. 2010. V. 326. P. 31–44. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0186-8
- Ge Y., Zhang J.B., Zhang L.M., Yang M., He J.Z. Long-term fertilization regimes affect bacterial community structure and diversity of an agricultural soil in northern China // J. Soils Sediments. 2008. V. 8. P. 43–50. https://doi.org/10.1065/jss2008.01.270
- Geisseler D., Scow K.M. Long-term effects of mineral fertilizers on soil microorganisms – A review // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 75. P. 54–63. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.03.023
- Guo Z. Fertilization regime has a greater effect on soil microbial community structure than crop rotation and growth stage in an agroecosystems // Appl. Soil Ecol. 2020. V. 149. P. 103510. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103510
- Hartmann M., Frey B., Mayer J., Mäder P., Widmer F. Distinct soil microbial diversity under long-term organic and conventional farming // ISME J. 2015. V. 9. P. 1177–1194. https://doi.org/10.1038/ismej.2014.210
- Hu J., Lin X., Wang J., Dai J., Chen R., Zhang J., Wong M.H. Microbial functional diversity, metabolic quotient, and invertase activity of a sandy loam soil as affected by long-term application of organic amendment and mineral fertilizer // J. Soils Sediments. 2011. V. 11. P. 271–280. https://doi.org/10.1007/s11368-010-0308-1
- Huang R., McGrath S.P., Hirsch P.R., Clark I.M., Storkey J., Wu L., Zhou J., Liang Y. Plant–microbe networks in soil are weakened by century-long use of inorganic fertilizers // Microb. Biotechnol. 2019. V. 12. P. 1464–1475. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13487
- Kuzyakov Y., Blagodatskaya E. Microbial hotspots and hot moments in soil: concept & review // Soil Biol. Biochem. 2015. V. 83. P. 184–199. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2015.01.025
- Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75(15). P. 5111–5120. https://doi.org/10.1128/AEM.00335-09
- Lazcano C., Gómez–Brandón M., Revilla P., Domínguez J. Short-term effects of organic and inorganic fertilizers on soil microbial community structure and function // Biology Fertility Soils. 2013. V. 49. P. 723–733. https://doi.org/10.1007/s00374-012-0761-7
- Liu L., Li C., Zhu S., Xu Y., Li H., Zheng X., Shi R. Combined application of organic and inorganic nitrogen fertilizers affects soil prokaryotic communities compositions // Agronomy.2020. V. 10. P. 132. https://doi.org/10.3390/agronomy10010132
- Liu S., Wang J., Pu S., Blagodatskaya E., Kuzyakov Y., Razavi B. Impact of manure on soil biochemical properties: a global synthesis // Sci. Total Environ. 2020. P. 141003. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141003
- Luan H., Gao W., Huang S., Tang J., Li M., Zhang H., Masiliūnas D. 2020. Substitution of manure for chemical fertilizer affects soil microbial community diversity structure and function in greenhouse vegetable production systems // PLoS One. V. 15. P. e0214041. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0214041
- Ma Q., Wen, Y., Wang D., Sun X., Hill P.W., Macdonald A., Chadwick D.R., Wu L., Jones D.L. Farmyard manure applications stimulate soil carbon and nitrogen cycling by boosting microbial biomass rather than changing its community composition // Soil Biol. Biochem. 2020. V. 144. P. 107760. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107760
- Malik A.A., Chowdhury S., Schlager V., Oliver A., Puissant J., Vazquez P.G., Jehmlich N., Bergen M., Griffiths R.I., Gleixner G. Gleixner G. Soil fungal: bacterial ratios are linked to altered carbon cycling // Frontiers in Microbiology. 2016. V. 7. P. 1247. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01247
- Mendes R., Garbeva P., Raaijmakers J.M. The rhizosphere microbiome: significance of plant beneficial plant pathogenic and human pathogenic microorganisms // FEMS Microbiol. Rev. 2013. V. 37. P. 634–663. https://doi.org/10.1111/1574-6976.12028
- Pöyry J., Carvalheiro L.G., Heikkinen R.K., Kühn I., Kuussaari M., Schweiger O., van Bodegom P.M., Valtonen A, Franzén M. The effects of soil eutrophication propagate to higher trophic levels // Global Ecol. Biogeography. 2017. V. 26. P. 18–30. https://doi.org/10.1111/geb.12521
- Ramirez K.S., Lauber C.L., Knight R., Bradford M.A., Fierer N. Consistent effects of nitrogen fertilization on soil bacterial communities in contrasting systems // Ecology. 2010. V. 91. P. 3463–3470. https://doi.org/10.1890/10-0426.1
- Rousk J., Bååth E., Brookes P.C., Lauber C.L., Lozupone C., Caporaso J.G., et al. Soil bacterial and fungal communities across a pH gradient in an arable soil // ISME J. 2010. V. 4. P. 1340–1351. https://doi.org/10.1038/ismej.2010.58
- Semenov M.V., Krasnov G.S., Semenov V.M., van Bruggen. A.H. Long-term fertilization rather than plant species shapes rhizosphere and bulk soil prokaryotic communities in agroecosystems // Appl. Soil Ecol. 2020. V. 154. P. 103641. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103641
- Semenov M.V., Krasnov G.S., Semenov V.M., Ksenofontova N., Zinyakova N.B., van Bruggen A.H. Does fresh farmyard manure introduce surviving microbes into soil or activate soil-borne microbiota? // J. Environ. Management. 2021. V. 294. P. 113018. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113018
- Semenov M.V., Krasnov G.S., Semenov V.M., van Bruggen A. Mineral and Organic Fertilizers Distinctly Affect Fungal Communities in the Crop Rhizosphere // J. Fungi. 2022. V. 8. P. 251. https://doi.org/10.3390/jof8030251
- Six J., Frey S.D., Thiet R.K., Batten K.M. Bacterial and fungal contributions to carbon sequestration in agroecosystems // Soil Sci. Soc. Am. J. 2006. V. 70. P. 555–569. https://doi.org/10.2136/sssaj2004.0347
- Soares M., Rousk J. Microbial growth and carbon use efficiency in soil: Links to fungal-bacterial dominance, SOC-quality and stoichiometry // Soil Biol. Biochem. 2019. V. 131. P. 195–205. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.01.010
- Toljander J.F., Santos-González J.C.,Tehler A., Finlay R.D. Community analysis of arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria in the maize mycorrhizosphere in a long-term fertilization trial // FEMS Microbiol. Ecol. 2008. V. 65. P. 323–338. https://doi.org// j.1574-6941.2008.00512.xhttps://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2008.00512.x10.1111
- Valentine D.L. Adaptations to energy stress dictate the ecology and evolution of the Archaea // Nature Rev. Microbiol. 2007. V. 5. P. 316–323. https://doi.org/10.1038/nrmicro1619
- van Overbeek L., Van Elsas J.D. Effects of plant genotype and growth stage on the structure of bacterial communities associated with potato (Solanum tuberosum L.) // FEMS Microbiol. Ecol. 2008. V. 64. P. 283–296. https://doi.org/ 6941.2008.00469.xhttps://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2008.00469.x10.1111/j.1574
- Wang L., Yang F.E.Y., Yuan J., Raza W., Huang Q., Shen Q. Long-term application of bioorganic fertilizers improved soil biochemical properties and microbial communities of an apple orchard soil // Frontiers in Microbiology. 2016. V. 7. P. 1893. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01893
- Wu J., Sha C., Wang M., Ye C., Li P., Huang S. Effect of organic fertilizer on soil bacteria in maize fields // Land. 2021. V. 10. P. 328. https://doi.org/10.3390/land10030328
- Xiang X., Liu J., Zhang J., Li D., Xu C., Kuzyakov Y. Divergence in fungal abundance and community structure between soils under long-term mineral and organic fertilization // Soil Till. Res. 2020. V. 196. P. 104491. https://doi.org/10.1016/j.still.2019.104491
- Zhang X., Dong, W., Dai X., Schaeffer S., Yang F., Radosevich M., Xu L., Liu X., Sun X. Responses of absolute and specific soil enzyme activities to long term additions of organic and mineral fertilizer // Sci. Total Environ. 2015. V. 536. P. 59–67. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.07.043
- Zhou Z., Wang C., Luo Y. Meta-analysis of the impacts of global change factors on soil microbial diversity and functionality // Nature Commun. 2020. V. 11. P. 1–10. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16881-7