Рост растений и функциональное разнообразие микробиоты почвы при выращивании технической конопли Cannabis sativa L. в модельном опыте в условиях повышенной температуры

Глобальное изменение климата Земли и вызванные им экологические, экономические и социальные риски связывают с накоплением в атмосфере парниковых газов, особенно СО2. В качестве эффективного способа снижения (секвестрации) содержания СО2 в воздухе рассматривается использование растений-суперпоглотителей СО2, из которых в последнее время наибольшее внимание привлекает техническая конопля Cannabis sativa L. Для этой культуры характерен быстрый рост, устойчивость к факторам окружающей среды, низкие затраты при культивировании и многоцелевое использование получаемой биомассы в качестве сырья для различных отраслей промышленности. В России в настоящее время отсутствуют программы и регламенты применения технической конопли для секвестрации СО2 атмосферы. При разработке таких программ следует учитывать способность растений изменять состав и функциональную активность почвенной микробиоты, что, в свою очередь, может повлиять на скорость роста растений, показатели почвенного плодородия, эмиссию СО2 почвенным покровом. Кроме того, важно определить, сохранится ли высокая эффективность секвестрации СО2 в экосистеме растения-почва-микроорганизмы в условиях глобального повышения температур и как при этом изменится состояние почвы и ее микробной компоненты. Для этих целей в модельном опыте в условиях вегетационного домика мы оценили воздействие температур (15 °С - характерна для вегетационного сезона в средней полосе России, тогда как 20 °С и 30 °С - повышенные температуры) на рост технической конопли и содержание хлорофилла, накопление углерода в почве под растениями, биоразнообразие и функциональную активность почвенной микробиоты, в частности на способность микроорганизмов разлагать углеродсодержащие субстраты, оцененное с помощью системы Biolog EcoPlates™. Все измерения, кроме количества углерода в почве, морфометрических характеристик растений конопли и содержания хлорофилла, выполняли в динамике - на 7-е, 28-е, 56-е и 98-е сут (в среднем продолжительность сезона вегетации в средней полосе России). Содержание углерода в почве под растениями определяли в 1-е и на 98-е сут, хлорофилла - на 28-е, 56-е и 98-е сут, морфометрические измерения выполняли на 98-е сут (окончание эксперимента). Исследования проводили с 14 марта по 19 июня в оранжерее ФГАОУ ВО К(II)ФУ (г. Казань) в 2023 году. Результаты исследования показали, что техническая конопля демонстрирует максимальный рост как надземной, так и подземной частей при температуре 30 °С, где высота растений составила 64,57 см, а корней - 25,27 см. В сравнении с температурой 20 °С, где наблюдались минимальные показатели (36,70 см и 14,36 см соответственно), рост при 30 °С оказался на 76 % выше (p 0,05). Установлено, что при одной и той же температуре образцы с почвой без конопли и с коноплей достоверно не различались по почвенной микробной биомассе: при 15 °С анализируемый показатель составил соответственно 0,92-0,64 и 0,96-0,62 мг/кг, при 20 °С - 1,92-0,84 и 1,74-1,03 мг/кг, при 30 °С - 3,58-2,06 и 3,08-2,24 мг/кг (p > 0,05). Повышение температуры приводит к увеличению микробной биомассы как при отсутствии, так и при наличии растений (3,58 и 3,08 мг/кг на 7-е сут, соответственно, р 0,05). Однако на 7-е сут повышение активности микроорганизмов отмечено в образцах с растениями, особенно при температуре 20 °С и 30 °С (1,23; 0,89; p общ. и Сорг. в почве изменялось в пределах ошибки и не зависело от присутствия растений или температуры (p > 0,05). Таким образом, показано, что у конопли при повышении температуры в период вегетации увеличивается длина надземных и подземных частей растения, что приводит к повышению эффективности секвестрации углерода атмосферы. При этом в почве изменяется количество микробной биомассы, а метаболическая активность микроорганизмов повышается уже на 7-е сут эксперимента. Представленная модельная система может использоваться для оценки эффективности секвестрации и состояния функциональных групп почвенного микробного сообщества при разработке программ выращивания технической конопли C. sativa в качестве растения-суперпоглотителя, в том числе при повышенных температурах, когда важно сохранить разнообразие почвенного микробиоты.