doi: 10.15389/agrobiology.2020.5.1018rus
УДК 631.4:579:577.2
При выполнении работы было использовано оборудование ресурсного центра «Методы изучения состава вещества» Научного парка СПбГУ. Исследование проведено при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-16-00049).
ПОЧВЫ ЧЕРНЕВОЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ — МОРФОЛОГИЯ,
АГРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, МИКРОБИОТА
Е.В. АБАКУМОВ1 ✉, С.В. ЛОЙКО2, 3, Г.И. ИСТИГЕЧЕВ2,
А.И. КУЛЕМЗИНА4, Н.Н. ЛАЩИНСКИЙ5, Е.Е. АНДРОНОВ6, 7,
А.Л. ЛАПИДУС1, 8 ✉
Почвы черневой тайги Западной Сибири обладают исключительно высоким потенциальным плодородием, не затронутым негативными последствиями многолетней сельскохозяйственной практики и реализующимся за счет внутренних биотических и абиотических ресурсов. Анализ такого комплекса связанных свойств в рамках метагеномного исследования и выявление микробных драйверов плодородия могут стать основой инновационных технологий повышения продуктивности почв и сельскохозяйственных культур. В настоящей работе нами впервые получены данные о таксономической структуре и особенностях микробиоты почв черневой тайги и выявлены таксоны, численность которых достоверно увеличивается при переходе от фоновой зональной почвы к почве черневой тайги. Анализ почвенных образцов, собранных при экспедиционных обследованиях в 2019 году, показал, что почвы черневой тайги (Новосибирская, Томская и Кемеровская области, Алтайский край) представлены в основном подзолистыми, дерново-подзолистыми, серыми и (намного реже) темно-серыми почвами (тяжелосуглинистыми и легкоглинистыми разновидностями, приуроченными к делювиальным чехлам голоценового и позднеплейстоценового возраста). Эти почвы формируются при уникальных комбинациях геогенных и биоклиматических условий, при которых почвы не промерзают зимой и обеспечены влагой, что способствует быстрой минерализации подстилочного материала и закреплению минеральных элементов питания в верхней гумусированной толще почвенного профиля. Аккумуляция биофильных элементов является важнейшим свойством почв черневой тайги, с которым связан феномен гигантизма и крайне высокой продуктивности растений. Мы показали, что почвы черневой тайги содержат максимальное количество органических углерода по сравнению с почвами олиготрофных местообитаний (9,85 против 2,74 %). Актуальное почвенное плодородия в черневой тайге в несколько раз выше, чем в смежных биотопах (максимальное содержание доступных форм фосфора и калия — соответственно 702 и 470 мг/кг). Расположенные в смежных ландшафтах почвы относительно олиготрофных лесов бедны по агрохимическим показателям плодородия (максимальное содержание обменных форм фосфора и калия — соответственно 113 и 18 мг/кг), имеют маломощный гумусовый горизонт и относятся (согласно субстантивно-профильной классификации почв России) к органо-аккумулятивным и альфегумусовым стволам почвообразования. Разнообразие микроорганизмов в изученных почвах различается в зависимости от режима трофности экосистемы. Почвы черневой тайги характеризуются повышенным разнообразием микробного сообщества (оценка по индексу Шеннона), а также присутствием филумов Nitrospirae и Thaumarchaeota,которые, однако, не доминируют. Общие филы для всех изученных почв — Proteobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes и Firmicutes.
Ключевые слова: экологические функции почв, черневая тайга, микробные сообщества, метагеномное секвенирование, факторы плодородия, Западная Сибирь.
SOILS OF CHERNEVAYA TAIGA OF WESTERN SIBERIA — MORPHOLOGY, AGROCHEMICAL FEATURES, MICROBIOTA
E.V. Abakumov1 ✉, S.V. Loyko2, 3, G.I. Istigechev2,
A.I. Kulemzina4, N.N. Lashchinskiy5, E.E. Andronov6, 7,
A.L. Lapidus1, 8 ✉
The soils of Chernevaya taiga are unique in terms of high fertility that was formed not as a result of agricultural practices, but due to the combination of a huge volume of biotic and abiotic resources. This area was able to preserve its “pre-agricultural” level of fertility overtime by avoiding the negative consequences of long-standing agricultural usage. Comprehensive analysis of all related properties within the framework of a metagenomic study and identification of microbial drivers of fertility can become the basis for innovative technologies aimed to increase the productivity of soils and crops. In this work, for the first time were obtained data on the taxonomic structure and features of the of the microbiota of soils in the Chernevaya taiga and identified taxa, the number of which significantly increases with the transition from the background zonal soil to the soil of Chernevaya taiga. Analysis of soil samples collected during expeditionary surveys in 2019 showed that the soils in the Western Siberia (Novosibirsk, Tomsk, Kemerovo, and Altai regions) portion of the Chernevaya taiga are texture-differentiated dark gray soils (clay loam and silt clay varieties confined to the deluvial cover of the Holocene and Late Pleistocene) that were formed as a result of a unique combination of geogenic and bioclimatic conditions. These soils are not affected by the permafrost in winter timers and are supplied with enough moisture to precipitate rapid mineralization of litter material and the fixation of mineral nutrients in the upper humus layer of the soil profile. The accumulation of nutrients is an essential property of the soils of the Chernevaya taiga associated with the phenomenon of gigantism and extremely high levels of plant productivity. The soils of Chernevaya taiga contain the maximum amount of carbon in organic compounds compared with soils of oligotrophic habitats (9.85% versus 2.74%). The levels of actual soil fertility in the soils of the Chernevaya taiga are several times higher than in the soils of adjacent biotopes (the maximum content of the exchange forms of phosphorus and potassium is 702 and 470 mg/kg), which, when compared to oligotrophic forests, are poor in terms of agrochemical fertility (the maximum content of the exchange forms of phosphorus and potassium is 113 and 18 mg/kg), do not have a pronounced humus profile and are either gray-humus (Umbrisol) or Podzol types according to substantive-profile classification of Russian soils. The diversity of microorganisms in the studied soils varies depending on the trophic regime of the ecosystem. The soils of the Chernevaya taiga are characterized by an increased diversity of the microbial community (estimated by the Shannon index), as well as by presence of phyla Nitrospirae and Thaumarchaeota, that, however, are not dominant. Phyla Proteobacteria, Verrucomicrobia, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes, Firmicutes appeared to be common for all studied soils.
Keywords: soil ecological functions, Chernevaya taiga, microbial communities, NGS, fertility factors, Western Siberia.
1ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный |
Поступила в редакцию |
