Динамика про- и эукариотического микробиома соломы при её разложении на поверхности почвы

Технологии no-till приобретают все большее распространение, поскольку позволяют получать высокие урожаи с меньшими затратами, при этом снижая деградацию почв (G.A. Thomas с соавт., 2007). Одним из ключевых вопросов при no-till остается регулирование количества и качества мульчи. При no-till обязательно использование гербицидов и пестицидов, что увеличивает опасность накопления в мульче их остаточного количества. Для решения этих проблем может использоваться разработанный во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии биологически активный препарат БАГС, способный разлагать прометрин и обладающий высокой целлюлозолитической активностью. В настоящей работе впервые показано значительное изменение сукцессии и состава микробиомов соломы под влиянием БАГС, однако, несмотря на повышение активности микроорганизмов, за 68 сут существенного роста эффективности деструкции в варианте с биопрепаратом не обнаружено. Цель работы - изучить динамику про- и эукариотического микробиомов соломы в условиях, когда ее разложение происходит на поверхности почвы в присутствии препарата БАГС. Лабораторный опыт с компостированием соломы овса (Avena sativa L.) на поверхности почвы был поставлен в пластиковых контейнерах объемом 1 л. На поверхность почвы укладывали капроновую ткань, на которую помещали по 15 г измельченной соломы. Предварительно солому замачивали на 2 ч в растворе NH4NO3 из расчета 5 г N/кг соломы. Контролем служила солома без обработки препаратом БАГС. В опытном варианте во влажную солому вносили 10 % БАГС. В начале опыта и через 30 и 68 сут в соломе определяли численность грибов и бактерий методом ПЦР в реальном времени (ПЦР-РВ), содержание нитратов, водорастворимого углерода, зольность и дыхание, а также общую потерю массы. В те же сроки проводили анализ прокариотических и эукариотических микробных сообществ соломы при помощи глубокого секвенирования ампликонных библиотек гена 16S рРНК (прокариоты) и ITS (эукариоты). Солома овса быстро разлагалась - на 30-е сут потеря массы составила 31-35 %. Внесение БАГС увеличило выделение углекислоты на 30-е сут (569±36 против 394±67 мг СО2·м-2·ч-1 в контроле), на 68-е сут разница составляла 8 %. Высокая активность микроорганизмов привела к большему потреблению ими легкодоступных питательных веществ, что было видно по уменьшению количества водорастворимых органических соединений в 1,6-1,8 раза и нитратного азота в 1,8-1,4 раза относительно контроля. Вероятно, в условиях опыта недостаток минерального азота стал одним из факторов слабой эффективности БАГС как деструктора соломы по сравнению с контролем: на 68-е сут зольность оказалась выше на 11,6 %, а потеря массы соломы - на 5 %. Пересчет абсолютного числа копий гена 16S рPНК и ITS (ПЦР-РВ) в число клеток показал, что при деструкции соломы численность бактерий превышала численность грибов в 3,6-4,1 раза, однако, если учесть разницу в массе и объеме про- и эукариотических клеток, биомасса грибов может превышать бактериальную в сотни (до 500) раз. Анализ альфа-разнообразия для грибов выявил классическую картину сукцессии (низкий индекс Шеннона и меньшее число видов в начале опыта с последующим ростом биоразнообразия), что может служить косвенным подтверждением ведущей роли грибов в процессе деструкции соломы. Показано, что до 60 % представителей исходных прокариотического и эукариотического сообществ соломы не принимали значимого участия в ее разложении и замещались другими микроорганизмами. Наибольшие изменения состава микробиомов происходили в течение первых 30 сут, различия между показателями на 30-е и 68-е сут оказались невелики. Наряду с грибами при анализе эукариот (ITS) были выявлены и другие их представители, в частности растения, нематоды и протисты. Нематоды и протисты занимали заметное место в микробиоме - соответственно до 17,9 и 21,4 %. Биопрепарат БАГС оказал существенное влияние на эукариотическое сообщество на 30-е и 68-е сут: относительная представленность протистов возросла в 4-10 раз по сравнению с контролем, уменьшилась роль базидиомицетов. На 68-е сут соотношение аскомицетов и базидиомицетов составляло соответственно 1,49 и 4,30. Доля Coprinopsis radiata (навозник радиальный) уменьшилась на 30-е сут в 2 раза, а на 68-е сут - в 11 раз. Биопрепарат БАГС в условиях нашего эксперимента слабо повлиял на численность микроорганизмов и скорость деструкции соломы за 68 сут, однако под его воздействием существенно изменялась структура про- и эукариотических микробных сообществ и их сукцессия. Условия повышения эффективности применения БАГС, учитывая его потенциал по деградации пестицидов, предполагается более детально проанализировать в дальнейших экспериментах.