Микробный состав почв восстановился только спустя 60 лет после прекращения их возделывания

Учёные выяснили, что микробный состав почв, которые возделывал человек, возвращается к исходному состоянию только спустя 60 лет. К такому выводу пришли исследователи, сравнив образцы в разных частях национального парка «Смоленское Поозерье». Полученные данные помогут оценивать, вернулась ли почва к исходному состоянию после активного сельскохозяйственного использования, и разрабатывать мероприятия для восстановления территорий.

Земли, используемые для выращивания сельскохозяйственных растений, по разным причинам перестают распахивать. Так, в России из оборота  выведено до 40 млн га сельхозземель. В Смоленской области такие участки зарастают лесом, в результате чего почвы меняются. В частности, становится другим их микробный состав: количество и разнообразие видов бактерий и архей (безъядерных микроорганизмов, эволюционно отличных от бактерий). Микроорганизмы участвуют в круговороте питательных веществ и разложении органических соединений, а потому во многом определяют плодородие почвы. Поэтому по составу микробных сообществ можно оценить степень нарушенности или восстановления почвы.

Учёные из Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института лесоведения РАН (Успенское) проследили изменения, которые происходят с восстанавливающимися песчаными почвами на территории бывших пашен национального парка «Смоленское Поозерье» в Смоленской области. Здесь на месте заброшенных сельхозугодий на песчаных почвах естественным путём — без участия человека — выросли сосняки возрастом до 180 лет. Авторы взяли образцы как лесных, так и до сих пор используемых сельскохозяйственных почв. Почвоведы отбирали пробы с разных глубин: от 0,5 до 74 сантиметров.

В лабораторных условиях исследователи выделили из почв всю содержащуюся в них ДНК. Затем расшифровали генетические последовательности и определили, каким микроорганизмам они принадлежат.

Оказалось, что в почвах, которые до сих пор возделываются или были покинуты относительно недавно (не более 30 лет назад), микробный состав верхней и нижней частей пахотного горизонта практически идентичен. В нем повышено число распространённых почвенных бактерий: Actinobacteriota, Chloroflexi, Gemmatimonadota, Myxococcota, Bacteroidota, Latescibacterota и Nitrospirota. Это говорит о том, что во время вспашки слои земли перемешиваются и их микробный состав становится однородным. Таким он остаётся на протяжении последующих 30 лет после вывода территории из сельскохозяйственного оборота.

По прошествии более длительного времени (60 – 180 лет) микробный состав некогда распахиваемого горизонта претерпевает сильные изменения. Так, в поверхностном слое повышается количество бактерий Acidobacteriota, RCP2–54, Dependentiae и WPS-2. Это объясняется тем, что слои почвы долгое время не перемешиваются и их физические (плотность, влажность) и химические (кислотность, состав минеральных веществ) свойства меняются. В результате создаются оптимальные условия для разных микроорганизмов.

Для оценки микробного разнообразия авторы использовали индекс Шеннона, согласно которому наибольшее разнообразие микроорганизмов было зафиксировано в до сих пор возделываемых почвах. В лесных почвах по сравнению с пашнями разнообразие по индексу Шеннона снизилось примерно на 15 – 20%. Вероятно, это связано с тем, что сельскохозяйственные почвы удобряются и хорошо аэрируются — обогащаются кислородом — в результате вспашки.

Заметное сокращение микробного разнообразия наблюдалось в почвах, покинутых 60 и более лет назад, из-за того что бактерии к тому моменту уже использовали большую часть содержащихся в них питательных веществ. Однако, несмотря на это, в давно покинутых почвах увеличилось разнообразие метаболических процессов: химических превращений, осуществляемых микробами, - поскольку бактериям пришлось осваивать разнообразные варианты получения дефицитных питательных веществ. То есть микробное сообщество перестроилось: от потребления веществ из привнесённых человеком удобрений оно перешло к эффективному перерабатыванию того немногого, что имеется в бедных песчаных почвах от природы.

«Наше исследование показало, что состав микробного сообщества молодых сосняков сильнее похож на тот, что характерен для пашен и лугов, а не для средне- и старовозрастных сосняков. При этом лесовосстановление бедных песчаных почв не всегда полезно для почвенных бактерий, поскольку их разнообразие уменьшается. Полученные результаты могут быть полезны при экологической оценке степени и скорости восстановления почв в районах активной сельскохозяйственной деятельности. В дальнейшем мы планируем изучить состав микробных сообществ суглинистых почв национального парка «Смоленское По-озерье» и выделить в них индикаторные группы микроорганизмов», — рассказал Иван Семенков, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, кандидат географических наук.

По материалам Союза органического земледелия