Ризосферный бактериобиом и продукция томатов при внесении минеральных удобрений в условиях открытого грунта на юге Западной Сибири

Аннотация

Цель исследования. Изучение влияния внесения минеральных удобрений на продукционные показатели томата и биоразнообразие микробиома его ризосферы на фоне градиента почвенно-экологических условий, сформированного четырьмя опытными участками, расположенными в лесостепной зоне Западной Сибири.

Место и время проведения. Микрополевые опыты по выращиванию томата (Licopersicon esculentum Mill.) сорта Зырянка проведены на четырёх участках с агросерыми почвами в Новосибирской области в 2021 году. Опыты включали два варианта в трёхкратной повторности: без удобрений (Контроль) и с внесением полного минерального удобрения в дозе, эквивалентной N60P60K60. Географические координаты месторасположения опытных участков варьировали в пределах от 55°15'40" до 54°47'09" с.ш. и от 83°31'42" до 82º37' 56" в.д.

Методы. В данной работе вместо традиционного временного градиента (3–4 года проведения опыта на одном участке), используемого для учёта влияния разных погодных условий, с этой же целью применили пространственный градиент, позволивший дополнительно оценить влияние варьирования свойств почв на опытных участках. Отобранные до закладки и по окончании опыта почвенные образцы проанализировали на содержание органического вещества, нитратного азота, легкоподвижного фосфора, обменных калия, кальция и магния, а также определили кислотность почвы (рН_вод). В ходе опыта автоматически регистрировали температуру воздуха и почвы. Во время уборки урожая томата учитывали количество и массу плодов на каждой делянке, надземную и подземную фитомассу. Состав и структуру бактериобиома почвы ризосферы томата оценивали с помощью 16S-метабаркодинга.  Для статистической обработки полученных данных применили анализ дисперсии, главных компонент и двухблоковой множественной регрессии методом частных наименьших квадратов, для чего использовали пакеты программ Statistica v.13.1 и PAST 4.16.

Основные результаты. Всего в почве ризосферы томата выявлено 7935 операциональных таксономических единиц, подавляющее число которых (45% видового богатства бактерий) представляли тип Pseudomonadota. По относительному обилию последовательностей безусловным доминантом был тип Actinomycetota (≥33%). Другими крупными (относительное обилие >10%) доминантами были Pseudomonadota, Bacillota и Acidobacteriota. Внесение удобрений на 15% повысило обилие Actinomycetota. Среди доминантных родов некоторые (Pseudarthrobacter, Streptomyces) увеличили обилие в 2,3 раза, а другие роды (относящиеся к Acidobacteria_Gp6, Hyphomicrobiales, Myxococcales и Iamiaceae), наоборот, при внесении NPK уменьшили свое относительное обилие. Всего из 880 выявленных родов у 252 относительное обилие изменилось под влиянием внесения NPK, но за исключением шести доминантных родов, они были минорными или редкими. Удобрения немного, но статистически значимо снизили величину индексов α-биоразнообразия Шеннона и Симпсона, несколько повысив индексы доминирования Бергер-Паркера и D-Симпсона. Последние имели тенденцию к положительной корреляции с продукционными характеристикам растений томата, а индексы Шеннона, Симпсона – с почвенными свойствами. В среднем по всем опытным участкам, то есть на фоне заметного варьирования почвенных свойств, внесение минеральных удобрений увеличило продукционные показатели томата (количество и массу плодов, надземную и подземную фитомассу); при этом статистически значимой корреляции между этими показателями и свойствами почвы перед началом опыта не выявлено.

Заключение. Бактериобиом ризосферы является динамичным и варьирует под действием различных факторов, в том числе внесения минеральных удобрений. Это свидетельствует о возможности целенаправленной модификации бактериобиома ризосферы в частности и агромикробиома в целом в более благоприятную сторону для роста и развития растений. С потеплением климата и удлинением безморозного периода на юге Западной Сибири, мелко- и среднемасштабное производство томатов в открытом грунте выглядит перспективным даже при использовании небольших доз минеральных удобрений. Понимание и учёт влияния удобрений и их доз на агромикробиом и продукционные особенности сельскохозяйственных культур в современных условиях будут способствовать поддержанию здоровья почвы и растений, а, следовательно, и повышению качества растительной продукции.