Влияние доступности почвенной влаги на свойства растворенного органического вещества и содержание микробного углерода в ризосфере Poa pratensis L.

Влияние доступности почвенной влаги на свойства растворенного органического вещества и содержание микробного углерода в ризосфере Poa pratensis L.

Автор: Данилин И.В., Холодов В.А., Зиганшина А.Р., Данченко Н.Н., Буряк А.Д., Фарходов Ю.Р., Ярославцева Н.В.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Рубрика: Спецвыпуск по результатам молодежной конференции

Статья в выпуске: S1, 2024 года.

Бесплатный доступ

Цель работы заключалась в оценке изменения содержания микробного углерода и свойств растворенного органического вещества (РОВ) ризосферы мятлика полевого (Poa pratensis L.) в ответ на воздействие иссушения и переувлажнения почв. В работе использовали метод вегетационного эксперимента с вариантами без растений и со сплошным посевом в вегетационных сосудах на черноземе типичном (Haplic Chernozem). Свойства растворенного органического вещества оценивали на основании изучения водоэкстрагируемого органического вещества (ВЭОВ), для которого определяли оптические свойства методами UV-Vis спектрометрии и спектрофлуориметрии. Для оценки микробной биомассы почву фумигировали и проводили экстракцию водой. Показано, что содержание микробного углерода во внекорневом черноземе не зависит от влажности почвы, в то время как в ризосфере - увеличивается при иссушении и уменьшается при оптимальной и избыточной влажности. На свойства ВЭОВ внекорневого чернозема в большей степени влияет влажность почвы, а ризосферы - жизнедеятельность растения. Содержание микробного углерода в ризосфере больше, по сравнению с внекорневой почвой, только при иссушении, что связано с адаптацией растения к абиотическому стрессу. При оптимальном и избыточном увлажнении содержание микробного углерода во внекорневой почве больше, по сравнению с ризосферой, что может быть связано с более активной реакцией микроорганизмов чернозема на краткосрочное увлажнение, по сравнению с ризосферными микроорганизмами, а также регулирующим влиянием растения. Несмотря на меньшую микробную биомассу, по сравнению с внекорневой почвой, микробиом ризосферы мятлика способен на более интенсивную трансформацию органического вещества почвы. Динамичность свойств ризосферы мятлика обеспечивает ее более активное и устойчивое функционирование.

Еще

Абиотический стресс, водоэкстрагируемое органическое вещество, uv-vis спектрометрия, спектрофлуориметрия, вегетационный эксперимент

Короткий адрес: https://sciup.org/143183584

IDR: 143183584   |   DOI: 10.19047/0136-1694-2024-SPYC-73-104

Список литературы Влияние доступности почвенной влаги на свойства растворенного органического вещества и содержание микробного углерода в ризосфере Poa pratensis L.

  • Андронов Е.Е., Иванова Е.А., Першина Е.В., Орлова О.В., Круглов Ю.В., Белимов А.А., Тихонович И.А. Анализ показателей почвенного микробиома в процессах, связанных с почвообразованием, трансформацией органического вещества и тонкой регуляции вегетационных процессов // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2015. Вып. 80. С. 83-94. https://doi.org/10.19047/0136-1694-201580-83-94.
  • Егоров В.В., Иванова Е.Н., Фридланд В.М. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
  • Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии М.: Наука, 2003. 348 с.
  • Караванова Е.И. Водорастворимые органические вещества: фракционный состав и возможности их сорбции твердой фазой лесных почв (обзор литературы) // Почвоведение. 2013. № 8. С. 924-936.
  • Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Рогова О.Б. Краевой угол смачивания как интегральный показатель физикохимических свойств черноземов Каменной степи // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 101. С. 76-123. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-101-76-123.
  • Соколова Т.А. Специфика свойств почв в ризосфере: анализ литературы // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1097-1111.
  • Холодов В.А., Рогова О.Б., Лебедева М.П., Варламов Е.Б., Волков Д.С., Зиганшина А.Р., Ярославцева Н.В. Органическое вещество и минеральная матрица почв: современные подходы, определения терминов и методы изучения (обзор) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 117. С. 52-100. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-117-52-100.
  • Холодов В.А., Фарходов Ю.Р., Ярославцева Н.В., Данченко Н.Н., Ильин Б.С., Лазарев В.И. Водоэкстрагируемый и микробный углерод черноземов разного вида использования // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2022. Вып. 112. С. 122-133. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-112-122-133.
  • Alessi D.S., Walsh D.M., Fein J.B. Uncertainties in determining microbial biomass C using the chloroform fumigation-extraction method // Chem. Geol. 2011. Vol. 280. P. 58-64.
  • Aslam M.M., Okal E.J., Idris A.L., Qian Zh., Xu W., 2, Karanja J.K., Wani Sh.H., Yuan W. Rhizosphere microbiomes can regulate plant drought tolerance // Pedosphere. 2022. Vol. 32. No. 1. P. 61-74.
  • Canarini A., Dijkstra F.A. Dry-rewetting cycles regulate wheat carbon rhizodeposition, stabilization and nitrogen cycling // Soil Biol Biochem. 2015. Vol. 81. P. 195-203.
  • Chen Y., Yao Z., Sun Y., Wang E., Tian Ch., Sun Y., Liu J., Sun Ch., Tian L. Current Studies of the Effects of Drought Stress on Root Exudates and Rhizosphere Microbiomes of Crop Plant Species // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23. No. 4. 2374.
  • Chow A. T-S., Ulus Y., Huang G., Kline M.A., Cheah W-Y. Challenges in quantifying and characterizing dissolved organic carbon: Sampling, isolation, Idstorage, and analysis // Journal of Environmental Quality. 2022. Vol. 51. P. 837-871.
  • Dessaux Y., Hinsinger P., Lemanceau P. Rhizosphere: So many achievements and even more challenges // Plant and Soil. 2009. Vol. 321. No. 1-2. P. 1-3.
  • Eder A., Weigelhofer G., Pucher M., Tiefenbacher A., Strauss P., Brandl M., Blöschl G. Pathways and composition of dissolved organic carbon in a small agricultural catchment during base flow conditions // Ecohydrology and Hydrobiology. 2021. Vol. 22. No. 1. P. 96-112.
  • Etesami H. Potential advantage of rhizosheath microbiome, in contrast to rhizosphere microbiome, to improve drought tolerance in crops // Rhizosphere. 2021. Vol. 20. 100439.
  • Gao Z., Guéguen C. Size distribution of absorbing and fluorescing DOM in Beaufort Sea, Canada Basin // Deep Sea Res 1 Oceanogr Res Pap. 2016. Vol. 121. P. 30-37.
  • Gmach M.R., Cherubin M.R., Kaiser K., Cerri C.E.P. Processes that influence dissolved organic matter in the soil: A review // Scientia Agricola. 2020. Vol. 77. No. 3. e20180164.
  • Gobran G.R., Clegg S., Courchesne F. Rhizospheric Processes Influencing the Biogeochemistry of Forest Ecosystems // Biogeochem. 1998. Vol. 42. P. 107-120.
  • Hartmann A., Rothballer M., Schmid M. Lorenz Hiltner, a pioneer in rhizosphere microbial ecology and soil bacteriology research // Plant and Soil. 2008. Vol. 312. No. 1-2. P. 7-14.
  • Helms J.R., Stubbins A., Ritchie J.D., Minor E.C. Absorption spectral slopes and slope ratios as indicators of molecular weight, source, and photobleaching of chromophoric dissolved organic matter // Limnol. Oceanogr. 2008. Vol. 53. No. 3. P. 955-969.
  • Hossain M.A., Wani Sh. H., Bhattacharjee S., Burritt D.J., Tran L.-S. P. Drought Stress Tolerance in Plants, Vol. 1. Physiology and Biochemistry. Switzerland: Springer Nature, 2016. 538 p.
  • Hu C., Muller-Karger F.E., Zepp R.G. Absorbance, absorption coefficient, and apparent quantum yield: A comment on common ambiguity in the use of these optical concepts // Limnol Oceanogr. 2002. Vol. 47. No. 4. P. 1261- 1267.
  • Hueso S., Hernández T., García C. Resistance and resilience of the soil microbial biomass to severe drought in semiarid soils: The importance of organic amendments // Applied Soil Ecology. 2011. Vol. 50. No. 1. P. 27-36.
  • Huguet A., Vacher L., Relexans S., Saubusse S., Froidefond J.M., Parlanti E. Properties of fluorescent dissolved organic matter in the Gironde Estuary // Org. Geochem. 2009. Vol. 40. No. 6. P. 706-719.
  • IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4-th edition. Vienna, Austria: International Union of Soil Sciences (IUSS). 2022.
  • Jenkinson D.S., Powlson D.S. The effects of biocidal treatments on metabolism in soil-i. Fumigation with chloroform // Soil. Biol Biochem. 1976. Vol. 8. P. 167-177.
  • Kang J., Peng Y., Xu W. Crop Root Responses to Drought Stress: Molecular Mechanisms, Nutrient Regulations, and Interactions with Microorganisms in the Rhizosphere // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23. No. 16. 9310.
  • Kholodov V.A., Danchenko N.N., Ziganshina A.R., Yaroslavtseva N.V., Semiletov I.P. Direct Salinity Efect on Absorbance and Fluorescence of Chernozem Water-Extractable Organic Matter // Aquatic Geochemistry. 2024. Chernozem Water-Extractable Organic Matter // Aquatic Geochemistry. 2024. Vol. 30. P. 31-48.
  • Kothawala D.N., Murphy K.R., Stedmon C.A., Weyhenmeyer G.A., Tranvik L.J. Inner filter correction of dissolved organic matter fluorescence // Limnol Oceanogr Methods. 2013. Vol. 11. No. DEC. P. 616-630.
  • Kumar S., Garkoti S.C. Rhizosphere influence on soil microbial biomass and enzyme activity in banj oak, chir pine and banj oak regeneration forests in the central Himalaya // Geoderma. 2022. Vol. 409. P. 115626.
  • Kuzyakov Y., Blagodatskaya E. Microbial hotspots and hot moments in soil: Concept & review // Soil Biology and Biochemistry. 2015. Vol. 83. P. 184-199.
  • Lange M., Azizi-Rad M., Dittmann G., Lange D.F., Orme A.M., Schroeter S.A., Simon C., Gleixner G. Stability and carbon uptake of the soil microbial community is determined by differences between rhizosphere and bulk soil // Soil Biol Biochem. 2024. Vol. 189. 109280.
  • Ling N., Wang T., Kuzyakov Y. Rhizosphere bacteriome structure and functions // Nat. Commun. Nature Research, 2022. Vol. 13. No. 1. 836.
  • McKnight D., Boyer E., Westerhoff P., Doran P., Kulbe T., Andersen D. Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity // Limnol. Oceanogr. 2001. Vol. 46. No. 1. P. 38-48.
  • Mganga K., Razavi B., Sanaullah M., Kuzyakov Y. Phenological Stage, Plant Biomass, and Drought Stress Affect Microbial Biomass and Enzyme Activities in the Rhizosphere of Enteropogon macrostachyus // Pedosphere. 2019. Vol. 29. No. 2. P. 259-265.
  • Moody C.S. A comparison of methods for the extraction of dissolved organic matter from freshwaters // Water Research. 2020. Vol. 184. 116114.
  • Murphy K., Ruiz G., Dunsmuir W., Waite T. Optimized parameters for fluorescence-based verification of ballast water exchange by ships // Environ Sci Technol. 2006. Vol. 40. No. 7. P. 2357-2362.
  • Murphy K., Stedmon C., Graeber D., Bro R. Fluorescence spectroscopy and multi-way techniques. PARAFAC // Analytical Methods. 2013. Vol. 5. No. 23. P. 6557-6566.
  • Murphy K.R., Stedmon C.A., Wenig P., Bro R. OpenFluor - an online spectral library of auto-fluorescence by organic compounds in the environment // Anal. Methods. 2014. Vol. 6. No. 3. P. 658-661.
  • Ohno T. Fluorescence inner-filtering correction for determining the humification index of dissolved organic matter // Environ Sci Technol. 2002. Vol. 36. No. 4. P. 742-746.
  • Oren A., Rotbart N., Borisover M., Bar-Tal A. Chloroform fumigation extraction for measuring soil microbial biomass: The validity of using samples approaching water saturation // Geoderma. 2018. Vol. 319. P. 204-207.
  • Pucher M., Wünsch U., Weigelhofer G., Murphy K., Hein T., Graeber D. StaRdom: Versatile software for analyzing spectroscopic data of dissolved organic matter in R // Water (Switzerland). 2019. Vol. 11. No. 11. 2366.
  • R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, 2023. URL: https://www.Rproject.org.
  • Ren W., Wu X., Ge X., Lin G., Zhou M., Long Z., Yu X., Tian W. Characteristics of dissolved organic matter in lakes with different eutrophic levels in southeastern Hubei Province, China // J. Oceanol Limnol. 2021. Vol. 39. No. 4. P. 1256-1276.
  • Sanaullah M., Blagodatskaya, E., Chabbi A., Rumpel C., Kuzyakov Y. Drought effects on microbial biomass and enzyme activities in the rhizosphere of grasses depend on plant community composition // Applied Soil Ecology. 2011. Vol. 48. No. 1. P. 38-44.
  • Solomon W., Janda T., Molnár Z. Unveiling the significance of rhizosphere: Implications for plant growth, stress response, and sustainable agriculture // Plant Physiology and Biochemistry. 2024. Vol. 206. P. 108290.
  • Swenson T.L., Jenkins S., Bowen P.B., Northen R.T. Untargeted soil metabolomics methods for analysis of extractable organic matter // Soil Biol. Biochem. 2015. Vol. 80. P. 189-198.
  • Walker S.A., Amon R.M.W., Stedmon C.A. Variations in high-latitude riverine fluorescent dissolved organic matter: A comparison of large Arctic rivers // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2013. Vol. 118. No. 4. P. 1689-1702.
  • Wauthy M., Rautio M., Christoffersen K.S., Forsström L., Laurion I., Mariash H.L., Peura S., Vincent W.F. Increasing dominance of terrigenous organic matter in circumpolar freshwaters due to permafrost thaw // Limnol Oceanogr Lett. 2018. Vol. 3. No. 3. P. 186-198.
  • Wickham H. ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. 3rd ed. New York: Springer-Verlag, 2016.
  • Xue S., Yang X., Liu G., Gai L., Zhang C., Ritsema C.J., Geissen V. Effects of elevated CO2 and drought on the microbial biomass and enzymatic activities in the rhizospheres of two grass species in Chinese loess soil // Geoderma. 2017. Vol. 286. P. 25-34.
  • Yamashita Y., Kloeppel B., Knoepp J., Zausen G., Jaffé R. Effects of Watershed History on Dissolved Organic Matter Characteristics in Headwater Streams // Ecosystems. 2011. Vol. 14. No. 7. P. 1110-1122.
  • Yamashita Y., Kojima D., Yoshida N., Shibata H. Optical characterization of dissolved organic matter in tropical rivers of the Guayana Shield, Venezuela // J Geophys Res Biogeosci. 2010. Vol. 115. No. G1.
  • Yamashita Y., Maie N., Briceño H., Jaffé R. Relationships between dissolved black carbon and dissolved organic matter in streams // Chemosphere. 2021. Vol. 271. 129824.
  • Zhuang W.E., Chen W., Cheng Q., Yang L. Assessing the priming effect of dissolved organic matter from typical sources using fluorescence EEMsPARAFAC // Chemosphere. 2021. Vol. 264. 128600.
  • Zia R., Nawaz M.Sh., Siddique M.J., Hakim S., Imran A. Plant survival under drought stress: Implications, adaptive responses, and integrated rhizosphere management strategy for stress mitigation // Microbiol. Res. 2021. Vol. 242. P. 126626.
Еще
Статья
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp