vestngauВестник университета биотехнологийVestnik University of biotechnologiy3033-8433Publishing Centre “Zolotoy Kolos” of Novosibirsk State Agrarian University10.31677/2072-6724-2023-67-2-51-59vestngau-2016Research ArticleАГРОНОМИЯAGRONOMYМикробиологические параметры как показатель агрогенной трансформации солонца среднего кормовыми севооборотамиMicrobiological parameters as an indicator of acrogenic transformation of medium solonetz by forage crop rotationsКоробоваЛ. Н.KorobovaL. N.

Доктор биологических наук, профессор.

Новосибирск

Doctor of Biological Sciences, Professor.

Novosibirsk

riclog@mail.ruРиксенВ. С.RicksenB. S.

Соискатель, младший научный сотрудник.

Р.п. Краснообск Новосибирской обл.

Co-applicant, Junior Researcher.

Krasnoobsk

riclog@mail.ruЛомоваТ. Г.LomovaT. G.

Кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник.

Р.п. Краснообск Новосибирской обл.

PhD in Agricultural Sciences, Leading Researcher.

Krasnoobsk

riclog@mail.ruНовосибирский государственный аграрный университетРоссияNovosibirsk State Agrarian UniversityRussian FederationСибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАНРоссияSiberian Federal Research Center for Agrobiotechnologies, Russian Academy of SciencesRussian Federation202325072023025159Copyright © Коробова Л.Н., Риксен В.С., Ломова Т.Г., 20232023Коробова Л.Н., Риксен В.С., Ломова Т.Г.Korobova L.N., Ricksen B.S., Lomova T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestngau.elpub.ru/jour/article/view/2016

Обширные территории Западной Сибири (около 40 %) засолены. На таких землях в основном выращивают многолетние травы – фитомелиоранты.  В статье представлены результаты четырехлетнего изучения растительно-микробных взаимодействий в солонце среднем средненатриевом под кормовыми севооборотами с донником желтым и кострецом безостым. Исследования проведены в Барабинской низменности, где севообороты с применением послойной обработки почвы возделывались на стационаре СибНИИ кормов в течение 33 лет. В шестипольном севообороте с донником в первом поле высевался донник сорта Альшеевский с покровной культурой – суданской травой сорта Новосибирская 84, второе поле было занято донником, третье – овсом сорта Краснообский, после чего все повторялось. В севообороте с кострецом в первом поле высевалось просо Кормовое 45, во втором поле – кострец безостый сорта СибНИИСХоз-189 и просо, далее 4 года рос кострец. В результате обработок почвы и длительного воздействия трав-фитомелиорантов в слое 0–20 см солонца среднего изменилось биоразнообразие бактерий, в 1,9–2,3 раза усилилась нитрификационная активность почвы (в первую очередь, повлиявшая на продуктивность возделываемых в севооборотах трав), и под донником активизировался процесс микробиологического гумусонакопления. С помощью метагеномного анализа 16S рРНК выявлены 4 таксономические группы бактерий (филы), достоверно отличающиеся от целинной почвы. В обоих севооборотах в солонце среднем под влиянием агробиологической мелиорации возросла доля бактерий филы фирмикутов – минерализаторов сложных азотсодержащих веществ и продуцентов стимуляторов роста растений, а также бета- и дельта-протеобактерий, функционально связанных с улучшением почвенного плодородия. Под кострецом достоверно снизилось представительство Chloroflexi – индикаторов плотности почвы.

Vast territories of Western Siberia (about 40%) are saline. On such lands, perennial grasses - phytomeliorants are mainly grown. The article presents the results of a four-year study of plant-microbial interactions in medium-sodium solonetz under fodder crop rotations with sweet yellow clover and awnless brome. The studies were conducted in the Baraba lowland, where crop rotations using layer-by-layer tillage were cultivated at the SSRIF (Siberian Scientific Research Institute of Feed) station for 33 years. In a six-field crop rotation with sweet clover in the first field, sweet clover of the Alsheevsky variety was sown with a cover crop – Sudan grass of the Novosibirskaya 84 variety; the second field was occupied by sweet clover; the third field was planted with Krasnoobsky oats. After that, everything was repeated all over again. In the crop rotation with rump, millet Kormovoe 45 was buried in the first field; in the second field, an awnless brome cultivar of the Siberian Scientific Research Institute of Agriculture -189 and millet were planted. Then the rump grew for four years. As a result of tillage and long-term exposure to phytomeliorant herbs in the 0–20 cm layer of medium solonetz, the biodiversity of bacteria has changed, the nitrification activity of the soil has increased by 1.9–2.3 times (primarily affecting the productivity of grasses cultivated in crop rotations). Under the sweet clover, the process of microbiological humus accumulation was activated. Using metagenomic analysis of 16S rRNA, four taxonomic groups of bacteria (phyla) were identified, significantly different from the virgin soil. In both crop rotations in the average solonetz, under the influence of agrobiological reclamation, the proportion of bacteria of the phylum firmicutes, mineralises of complex nitrogen-containing substances and producers of plant growth stimulants, as well as beta- and deltaproteobacteria, functionally associated with improving soil fertility, increased. Under the rump, the representation of Chloroflexi, indicators of soil density, significantly decreased.

микрофлора почвыбактериибиоразнообразие16S рРНКсолонец среднийфитомелиорациядонник желтыйкострец безостыйsoil microflorabacteriabiodiversity16S rRNAmedium solonetzphytomeliorationsweet yellow cloverawnless bromeReferencesProkaryotic community assembly after 40 years of soda solonetz restoration by natural grassland and reclaimed farmland / W. Gao, J. Xu, J. Zhao [et al.] // European Journal of Soil Biology. – 2020. – Vol. 100. – Р. 103213. – https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2020.103213.Gao W., Xu J., Zhao J., Zhang H., Ni Y., Zhao B., Tebbe C., Zhang J., Jia Z., Prokaryotic community assembly after 40 years of soda solonetz restoration by natural grassland and reclaimed farmland, European Journal of Soil Biology, 2020, Vol. 100, pp. 103213, https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2020.103213.Семендяева Н.В. Свойства солонцов Западной Сибири и теоретические основы химической мелиорации. – Новосибирск: СО РАСХН, 2002. – 160 с.Semendyaeva N.V., Svoistva solontsov Zapadnoi Sibiri i teoreticheskie osnovy khimicheskoi melioratsii (Properties of solonetzes in Western Siberia and the theoretical foundations of chemical reclamation), Novosibirsk: SO RASKhN, 2002, 160 p.Константинов М.Д., Ломова Т.Г., Кухарь М.А. Фитомелиоративные луговые севообороты на солонцовых почвах Западной Сибири. – Новосибирск: СО РАСХН, 2011. – 104 с.Konstantinov M.D., Lomova T.G., Kukhar’ M.A., Fitomeliorativnye lugovye sevooboroty na solontsovykh pochvakh Zapadnoi Sibiri (Phytomeliorative meadow crop rotations on solonetzic soils of Western Siberia), Novosibirsk: SO RASKhN, 2011, 104 p.Семендяева Н.В., Ломова Т.Г., Утенков Г.Л. Научное обеспечение сельскохозяйственного освоения солонцовых почв юга Западной Сибири за период с 1969 по 2014 г. // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2015.– № 1.– С. 7–22.Semendyaeva N.V., Lomova T.G., Utenkov G.L., Vestnik NGAU, 2015, No. 1, pp. 7–22. (In Russ.)Оценка фитомелиоративной эффективности Kochia scoparia (L.) Schrad / К.Е. Денисов, П.В. Тарасенко, И.С. Полетаев [и др.] // Аграрный научный журнал. – 2019. – № 12. – С. 15–18.Denisov K.E., Tarasenko P.V., Poletaev I.S., Zuev V.V., Agrarnyi nauchnyi zhurnal, 2019, No. 12, pp. 15–18. (In Russ.)Ломова Т.Г., Коробова Л.Н. Фитомелиоративное окультуривание солонцов Барабы и его влияние на биологическую активность почвы // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2015. – № 1 (242). – С. 12–18.Lomova T.G., Korobova L.N., Sibirskii vestnik sel’skokhozyaistvennoi nauki, 2015, No. 1 (242), pp. 12–18. (In Russ.)Курсакова В.С., Трофимов И.Т. Многолетние травы на засолённых почвах и их мелиорация. – Барнаул, 2004.– С. 30–48.Kursakova V.S., Trofimov I.T., Mnogoletnie travy na zasolennykh pochvakh i ikh melioratsiya (Perennial grasses on saline soils and their melioration), Barnaul, 2004, pp. 30–48.Plant compartment and biogeography affect microbiome composition in cultivated and native Agave species / D. Coleman-Derr, D. Desgarennes, C. Fonseca-Garcia [et al.] // New Phytol. – 2016. – Vol. 209. – P. 798‒811. – https://doi.org/10.1111/nph.13697.Coleman-Derr D., Desgarennes D., Fonseca-Garcia C., Gross S., Clingenpeel S., Woyke T., North G., Visel A., Partida-Martinez L.P., Tringe S.G., Plant compartment and biogeography affect microbiome composition in cultivated and native Agave species, New Phytol, 2016, Vol. 209, pp. 798‒811.Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. – М.: Колос, 1983. – 295 с.Segi I., Metody pochvennoi mikrobiologii (Soil microbiology methods), Moscow: Kolos, 1983, 295 p.Wellington E. M. H., Berry A., Krsek M. Resolving functional diversity in relation to microbial community structure in soil: exploiting genomics and stable isotope probing // Current opinion in microbiology. – 2003. – Vol. 6, N 3. – P. 295–301. – https://doi.org/10.1016/S13695274(03)00066-3.Wellington E.M.H., Berry A., Krsek M., Resolving functional diversity in relation to microbial community structure in soil: exploiting genomics and stable isotope probing, Current opinion in microbiology, 2003, Vol. 6, No. 3, pp. 295–301, https://doi.org/10.1111/nph.13697.Пуртова Л.Н., Киселева И.В. Влияние фитомелиорации на показатели плодородия и интегральное отражение агрогенных почв Приморья // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2019. – № 1 (203). – С. 51–57. – DOI: 10.25808/086 97698.2019.203.1.006.Purtova L.N., Kiseleva I.V., Vestnik Dal’nevostochnogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk, 2019, No. 1 (203), pp. 51–57. (In Russ.)Пуртова Л.Н., Киселева И.В., Щапова Л.Н. Влияние фитомелиорации на процессы гумусонакопления и микрофлору агрогенных почв Приморья. – Владивосток, 2021. – 109 c.Purtova L.N., Kiseleva I.V., Shchapova L.N., Vliyanie fitomelioratsii na protsessy gumusonakopleniya i mikrofloru agrogennykh pochv Primor’ya (Influence of Phytomelioration on the Processes of Humus Accumulation and Microflora of Agrogenic Soils in Primorye), Vladivostok, 2021, 109 p.Riksen V.S., Korobova L.N. Functional and taxonomic changes in the domain Bacteria in response to phytomelioration of saline soils // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – Dushanbe: IOP Publishing Ltd, 2022. – Vol. 1010. – P. 012046. – DOI: 10.1088/17551315/1010/1/012046.Riksen V.S., Korobova L.N., Functional and taxonomic changes in the domain Bacteria in response to phytomelioration of saline soils, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Dushanbe: IOP Publishing Ltd, 2022, Vol. 1010, pp. 012046, DOI: 10.1088/17551315/1010/1/012046.Korobova L.N., Riksen V.S., Lomova T.G. Biodiversity of shallow solonets bacterias, occupied longly with crop rotation with Bromus inermis (Poaceae) // Journal of Agriculture and Environment. – 2022. – N 2 (22). – https://doi.org/10.23649/jae.2022.2.22.12.Korobova L.N., Riksen V.S., Lomova T.G., Biodiversity of shallow solonets bacterias, occupied longly with crop rotation with Bromus inermis (Poaceae), Journal of Agriculture and Environment, 2022, No. 2 (22), https://doi.org/10.23649/jae.2022.2.22.12.Riksen V.S., Korobova L.N. Biodiversity of the microbiome as an indicator of phytomeliorative soil transformation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – Dushanbe: IOP Publishing Ltd, 2023. – Vol. 1154 (1). – P. 012017. – DOI: 10.1088/1755-1315/1154/1/012017.Riksen V.S., Korobova L.N., Biodiversity of the microbiome as an indicator of phytomeliorative soil transformation, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Dushanbe: IOP Publishing Ltd, 2023, Vol. 1154 (1), pp. 012017, DOI: 10.1088/1755-1315/1154/1/012017.World reference base for soil resources 2006. IUSS Working Group. – World Soil Resources Reports. – Rome, 2006. – N 103. – 145 p.World reference base for soil resources 2006, IUSS Working Group, World Soil Resources Reports, No. 103, Rome, 2006, 145 p.Edgar R.C. SINTAX: a simple non-Bayesian taxonomy classifier for 16S and ITS sequences // Biorxiv. – 2016. – С. 074161. – https://doi.org/10.1101/074161.Edgar R.C., SINTAX: a simple non-Bayesian taxonomy classifier for 16S and ITS sequences, Biorxiv, 2016, pp. 074161, https://doi.org/10.1101/074161.Braker G., Conrad R. Diversity, structure, and size of N2O-producing microbial communities in soils—what matters for their functioning? // Advances in applied microbiology. – 2011. – Vol. 75. – P. 33–70. – https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387046-9.00002-5.Braker G., Conrad R., Diversity, structure, and size of N2O-producing microbial communities in soils—what matters for their functioning? Advances in applied microbiology, 2011, Vol. 75, pp. 33–70, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387046-9.00002-5.Юршенас Д.А., Каширская Н.Н. Обзор основных таксономических групп микроорганизмов в почвах зонального ряда по данным метагеномного анализа и флуоресцентной гибридизации in situ // Успехи современной биологии. – 2022. – Т. 142, № 6. – С. 578–590. – DOI: 10.31857/S0042132422060102.Yurshenas D.A., Kashirskaya N.N., Uspekhi sovremennoi biologii, 2022, Vol. 142, No. 6, pp. 578–590. (In Russ.)Negative to positive shifts in diversity effects on soil nitrogen over time / X. Chen, H.Y. Chen, E.B. Searle [et al.] // Nature Sustainability. – 2021. – Vol. 4, N 3. – P. 225–232. – https://doi.org/10.1038/s41893-020-00641-y.Chen X., Chen H. Y., Searle E.B., Chen C., Reich P.B., Negative to positive shifts in diversity effects on soil nitrogen over time, Nature Sustainability, 2021, Vol. 4, No. 3, pp. 225–232, https://doi.org/10.1038/s41893-020-00641-y.Limited resilience of the soil microbiome to mechanical compaction within four growing seasons of agricultural management / M. Longepierre, F. Widmer, T. Keller [et al.] // ISME Communications. – 2021. – Vol. 1, N 1. – P. 44. – https://doi.org/10.1038/s43705-021-00046-8.Longepierre M., Widmer F., Keller T., Weisskopf P., Colombi T., Six J., Hartmann M., Limited resilience of the soil microbiome to mechanical compaction within four growing seasons of agricultural management, ISME Communications, 2021, Vol. 1, No. 1, pp. 44, https://doi.org/10.1038/s43705-021-00046-8.Global Biogeography and Quantitative Season Dynamics of Gemmatimonadetes in Soil / J. De Bruyn, L. Nixon, M. Fawaz [et al.] // Appl Environ. Microbiol. – 2011. – Vol. 77 (17). – P. 6295– 6300. – https://doi.org/10.1128/AEM.05005-11.De Bruyn J., Nixon L., Fawaz M., Johnson M., Radosevich M., Global Biogeography and Quantitative Season Dynamics of Gemmatimonadetes in Soil, Appl Environ. Microbiol., 2011, Vol. 77 (17), pp. 6295–6300, https://doi.org/10.1128/AEM.05005-11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.