Засуха и азот: почему органические поля выигрывают у традиционных

Основная часть органического азота (N) в почве связана в соединениях, подобных белкам, поэтому их протеолиз до пептидов и аминокислот считается начальным и лимитирующим этапом минерализации азота. Протеолиз азота, связанного в органических удобрениях, и последующее обеспечение им сельскохозяйственных культур является центральным элементом агроэкологической интенсификации.

Долгосрочные эффекты системы земледелия на обеспечение культур азотом из органических удобрений и связанные с этим функциональные микробные сообщества были проанализированы в экспериментах, проведенных на почвах из сравнительного испытания систем «DOK» (биодинамическая, биоорганическая и «конвенциональная» / традиционная), подвергнутых оптимальному и прогнозируемому на будущее сценарию засухи. Эксперимент по питанию растений с использованием меченого 15N люпина в качестве удобрения (сидерата) показал, что количество азота из удобрения, усвоенного райграсом, выращенным на органически управляемой почве, было на 30% выше по сравнению с традиционно управляемой почвой, но только в условиях засушливого стресса. Во втором эксперименте, также с внесением сидерата из люпина, оценивалось влияние системы земледелия и засушливого стресса на микроорганизмы, участвующие в круговороте азота, с акцентом на микробные сообщества, кодирующие щелочные (apr) и нейтральные (npr) металлопептидазы. Микробные сообщества, кодирующие apr, были более подвержены влиянию системы земледелия и водного режима, чем сообщества, кодирующие npr. Различия в структуре и разнообразии микробных сообществ, кодирующих apr, показали сопутствующие закономерности с различным обеспечением азотом из органического удобрения в эксперименте по питанию растений. Высказывается предположение, что системы традиционного земледелия менее способны сохранять разнообразие и исходную структуру микробных сообществ, кодирующих apr, в условиях засушливого стресса. В целом, мы продемонстрировали, что почвы органического земледелия обеспечивают более стабильный потенциал обеспечения азотом из органических удобрений в условиях будущих засушливых сценариев, вероятно, благодаря наличию отличного и более адаптивного протеолитического микробного сообщества. Данная работа способствует углубленному пониманию пока еще малоизученных фундаментальных почвенных процессов и помогает разрабатывать стратегии поддержания жизнеспособного и функционального микробного сообщества в быстро меняющейся окружающей среде.

В сельскохозяйственных системах микробные сообщества играют важную роль благодаря их участию в различных почвенных процессах и функциях, таких как трансформация и высвобождение питательных веществ (Falkowski и др., 2008). Азот (N) является ключевым элементом для роста растений. Он является одним из наиболее лимитирующих питательных веществ в агроэкосистемах (Elser и др., 2007; Meisinger и др., 2008). В настоящее время синтетические минеральные азотные удобрения довольно дешевы по отношению к дополнительной урожайности, которую они обеспечивают. Поэтому количество вносимого азота часто превышает потребление растениями, что приводит к серьезным экологическим проблемам и проблемам со здоровьем человека (Galloway и др., 2008; Fowler и др., 2013). Таким образом, требуются альтернативные стратегии удобрения, которые обеспечивают достаточную урожайность при эффективном использовании, одновременно не подвергая риску здоровье окружающей среды, а скорее улучшая уже нарушенные земли. Экологическая интенсификация направлена на интеграцию экологических процессов в стратегии управления с целью повышения экосистемных услуг и снижения антропогенных воздействий в сельскохозяйственных системах (Bommarco и др., 2013) — в данном контексте часто используется азот, связанный в органических удобрениях, для удовлетворения потребности растений в азоте.

Пул органического азота почвы состоит из сложных форм, и лишь небольшая часть непосредственно доступна растениям и микроорганизмам. Динамика органического азота почвы определяется минерализацией, бактериальной иммобилизацией, выщелачиванием, потреблением растениями, газообразными потерями, а также адсорбцией (Murphy и др., 2000, Рисунок 1). Большая часть органического азота почвы связана в белках (Lipson и Näsholm, 2001), и поэтому его высвобождение в биодоступные молекулы имеет большое экологическое значение. Протеолиз является первым этапом минерализации белков и происходит довольно медленно по сравнению с последующими этапами минерализации аминокислот (Jan и др., 2009). Следовательно, протеолиз считается лимитирующим этапом минерализации азота (Schimel и Bennett, 2004; Vranova и др., 2013). Протеазы распространены повсеместно и могут быть обнаружены во всех царствах жизни. Используемый здесь термин «микробные сообщества, кодирующие протеазы», описывает почвенные микроорганизмы, продуцирующие внеклеточные протеазы, катализирующие гидролиз пептидных связей в белках, содержащихся в почве (см. также Baraniya и др., 2016).

Рисунок 1 Упрощенная схема микробно-опосредованной минерализации азота в почве. Органический азот (Norg) минерализуется в минеральный азот (Nmin) через различные этапы и с участием ферментов. Функциональные гены, кодирующие соответствующие ферменты, выделены красным цветом и обозначены как щелочная металлопептидаза (apr), нейтральная металлопептидаза (npr), уреаза (ureC), бактериальная аммиак-оксидаза (amoAOB), архейная аммиак-оксидаза (amoAOA). Потери азота, такие как выщелачивание или образование N2O, не рассматриваются в данной схеме. Микробно-связанный азот (Nmic), растворенный органический азот (DON) и минеральный азот (Nmin = NO2^- + NO3^- + NH4^+) представляют лабильный пул азота (Nlabile).

Сидераты — это культуры, используемые в основном в качестве органического удобрения для улучшения почвы и, следовательно, источника питательных веществ для последующих культур. Особенно бобовые сидераты благодаря их способности к биологической фиксации азота и, соответственно, низкому отношению C/N на ранних стадиях роста, предлагают большое количество органически связанного азота. Почвы, получающие органические удобрения, такие как сидераты, в значительной степени зависят от протеолиза для обеспечения растений доступным азотом для роста (Jones и Kielland, 2002), и, следовательно, автохтонные микробные сообщества, кодирующие внеклеточные протеазы, играют важную роль в регуляции протеолиза и последующих трансформаций азота (Рисунок 1). Другие азотсодержащие молекулы в почве, такие как хитин и пептидогликан в клеточных стенках грибов и бактерий соответственно, или нуклеотиды в ДНК, также могут расщепляться на более мелкие фрагменты и высвобождать доступный для растений азот (см. Schulten и Schnitzer, 1998; Geisseler и др., 2010).

Молекулярные инструменты для оценки обилия и филогении функциональных микробных сообществ в настоящее время широко используются для раскрытия генетического разнообразия, связанного с почвенными процессами и функциями. Олигонуклеотиды, нацеленные на гены, кодирующие доминантные бактериальные внеклеточные щелочную (apr) и нейтральную (npr) металлопептидазы (Bach и др., 2001), доступны для изучения различий в обилии и филогении микробных сообществ, кодирующих протеазы, в ответ на методы управления, удобрения или типы почв (Bach и др., 2002; Fuka и др., 2007; Sakurai и др., 2007; Baraniya и др., 2016). Первое углубленное исследование микробных сообществ, кодирующих apr и npr, оценивало обилие и структуру apr и npr в почвах с внесением различных азотных удобрений (Sakurai и др., 2007). Они измерили повышенную протеолитическую активность в почвах с внесением органических и синтетических удобрений и обнаружили, что тип удобрения влияет на структуру сообществ apr и npr, проанализированную с помощью денатурирующего градиентного гель-электрофореза (DGGE). Впоследствии временная и пространственная изменчивость обилия и филогении npr на пахотных полях была проанализирована с использованием полиморфизма длины терминальных рестрикционных фрагментов (T-RFLP) (Fuka и др., 2008, 2009). Недавно Baraniya и др. (2016) опубликовали первые данные ампликонного секвенирования по структуре микробных сообществ, кодирующих протеазы. Они выявили более высокое обилие и разнообразие apr и npr в ризосфере линии кукурузы с более высокой эффективностью использования азота по сравнению с линией кукурузы с более низкой эффективностью использования азота. Помимо apr и npr, доступны несколько функциональных генов, кодирующих ферменты, но действующих на разных стадиях цикла азота, таких как ureC (Gresham и др., 2007), amoAOA (Leininger и др., 2006) или amoAOB (Rotthauwe и др., 1997), но они представляют второстепенный интерес в настоящем исследовании, поскольку не действуют на «узком месте» рассматриваемого почвенного процесса.

На сегодняшний день влияние долгосрочного управления на обеспечение азотом из органических удобрений и связанные с этим функциональные микробные сообщества в условиях прогнозируемых сценариев засухи не было тщательно изучено. Мы считаем, что получение знаний об обеспечении азотом из органических удобрений и связанных с этим процессах крайне актуально для разработки стратегий удобрения в быстро меняющейся окружающей среде. В настоящей работе моделируется изменчивость осадков в экспериментах в контролируемых условиях с использованием почвы из сравнительного испытания систем земледелия «DOK» (биодинамическая, биоорганическая и «конвенциональная»; Mäder и др., 2002). Предыдущая работа по анализу микробиома почвы DOK на основе секвенирования 16S выявила различия в составе микробных сообществ между системами земледелия (Hartmann и др., 2015). Остается невыясненным, приводят ли эти различия также к различиям в функциональности при изменчивости осадков, вызванной изменениями климата.

Поэтому мы ставили целью проанализировать влияние истории долгосрочного управления на обеспечение азотом из органических удобрений сельскохозяйственных культур и связанных с этим микроорганизмов цикла азота, особенно микробных сообществ, кодирующих протеазы, в условиях как оптимального, так и прогнозируемого на будущее сценария засухи. Было проведено два схожих, но отдельных эксперимента для устранения побочных эффектов различного роста растений и их экссудатов на микробные сообщества цикла азота:

- Эксперимент по питанию растений оценивал обеспечение азотом сельскохозяйственных культур из меченого 15N сидерата в почвах с различным управлением, подвергнутых сценариям осадков.

- Инкубационный эксперимент оценивал различия микроорганизмов цикла азота, особенно микробных сообществ, кодирующих протеазы, и биогеохимических пулов азота в почвах с различным управлением, подвергнутых сценариям осадков.

Мы предположили, что существуют различия в обеспечении азотом из органических источников растений в органически и традиционно управляемых почвах с более сильными эффектами в условиях засухи. Это явление может быть объяснено известной гипотезой страхования, утверждающей, что более высокое видовое разнообразие обеспечивает экосистемам защиту от снижения функционирования при столкновении с нарушениями, поскольку многие виды повышают гарантию того, что некоторые будут поддерживать функционирование, даже если другие могут не справиться (Naeem и Li, 1997; Yachi и Loreau, 1999). Таким образом, мы дополнительно предположили, что существуют различные структуры/разнообразия микробных сообществ, кодирующих протеазы, в органически и традиционно управляемых почвах, которые будут затронуты в разной степени при столкновении с нарушениями, такими как сценарии засухи.

Характеристика участка и сбор почвы

Почвенный материал был собран из сравнительного испытания систем земледелия DOK в Тервиле, Швейцария (47°30′ с.ш. 7°33′ в.д.), начатого в 1978 году. Эксперимент DOK включает пять различных систем земледелия, в основном различающихся по практике внесения удобрений и защите растений. Настоящий эксперимент основан на почвах, полученных из биоорганической (BIOORG) и традиционной минеральной (CONMIN) систем земледелия. Система BIOORG получает исключительно органические удобрения, в то время как система CONMIN получает исключительно минеральные удобрения. Защита растений в BIOORG осуществляется с использованием механических и биологических методов, в то время как в CONMIN применяются пестициды и синтетические регуляторы роста растений (для получения дополнительной информации см. Mäder и др., 2002 и Fließbach и др., 2007). BIOORG и CONMIN в дальнейшем обозначаются как органическая (ORG) и традиционная (CON) соответственно. Образцы пахотной почвы из 10–14 объединенных кернов на повторность (диаметр 2,5 см, глубина 0–15 см) были собраны вскоре после уборки озимой пшеницы летом 2015 года, с соей в качестве предшественника. В период роста озимой пшеницы обе системы получали одинаковое общее количество 120 кг N на гектар, хотя в разных формах (навозная жижа и кальциевая селитра соответственно) и с несколько разными дробными дозами. Собранные образцы были просеяны до 2 мм и хранились при 4°C до начала эксперимента. Почва во всех вариантах состоит из 16% глины, 70% алеврита и 14% песка. Среднегодовая температура и среднегодовое количество осадков составляют 9,5°C и 792 мм соответственно.

Подготовка образцов, характеристика вариантов и условия инкубации

Эксперимент по питанию растений

Двести граммов эквивалента сухой массы почвы было помещено в горшки (Ø 9 см) и внесено 1500 мг высушенной меченой 15N измельченной биомассы люпина (2,64% N по сухому веществу), гомогенизированной в почву (что давало 39 мг азота на горшок). Семена райграса (Lolium multiflorum, 4n, сорт Gemini) были равномерно распределены по поверхности почвы и покрыты тонким слоем вермикулита для предотвращения потери влаги во время прорастания. Было заложено шесть повторностей на вариант (полностью рандомизированные) и доведено до желаемого водного режима добавлением стерильной деионизированной воды (dH2O). Влажные обработки были установлены на 80% от максимальной влагоемкости почвы (mWHC), а сухие — на 20% от mWHC. Растения выращивались в течение 56 дней в климатической камере с циклом день/ночь 10/14 ч, температурой 20–22°C и относительной влажностью 60%. Горшки регулярно взвешивали для контроля потерь воды и доводили до нужного веса добавлением dH2O. Надземная часть была собрана на 28-й и 56-й день, в то время как корневая система была собрана исключительно на 56-й день. Растительный материал высушивали в течение 48 ч при 45°C и размалывали в шаровой мельнице для анализа азота.

Для учета природного содержания 15N был заложен идентичный побочный эксперимент с использованием немеченого растительного материала.

На основе сухой биомассы и общего содержания азота было рассчитано общее содержание азота в различных частях растений (Nplantpart). Расчеты проводились отдельно для разных срезов надземной части и корней. Общее потребление азота райграсом, количество азота, полученного из удобрения (Ndff), и рекуперация азота (REC) были рассчитаны как сумма срезов надземной части и корней. Количество азота из меченого 15N сидерата в различных частях растений (Ndffplantpart) было рассчитано по Уравнению 1 (Hauck и Bremner, 1976).

Nplantpart соответствует общему количеству азота (мг на горшок) в соответствующих частях растений, 15Nexplantpart соответствует содержанию избытка 15N (в %) в различных частях растений, а 15Nexfertilizer соответствует содержанию избытка 15N (в %) в меченом удобрении.

Доля азота, полученного из меченого удобрения (%), выражается как:

Ndff (мг на горшок) равен азоту, полученному из удобрения во всем растении, а сумма различных Nplantpart равна общему азоту растения Nplant (мг).

Азот, полученный из почвы (Ndfs), был рассчитан как:

Nfertilizer — это количество азота, внесенного с удобрением (мг).

  Где Ninput— это количество азота, внесенного в качестве удобрения (мг).  

Меченая 15N биомасса люпина (Lupinus alba) (2,6 атом% 15N) была получена путем добавления к недельным проросткам люпина, выращенным на субстрате из песка/перлита, модифицированного раствора Хогланда (Gamborg и Wetter, 1975) с добавлением K15NO3 и 15NH4Cl. Затем надземная часть была собрана, высушена при 50°C и измельчена.

Инкубационный эксперимент с почвой

Сто граммов эквивалента сухой массы почвы были аккуратно помещены в ПВХ контейнеры для инкубации (Ø 6,3 см). Крышки имели отверстия для аэрации, а также дно, покрытое мембраной для предотвращения потери почвы. В почву каждого контейнера было внесено 750 мг высушенной и измельченной биомассы люпина (2,64% N) (что давало 195 мг азота на килограмм сухой массы почвы). Было заложено четыре повторности на вариант (полностью рандомизированные) и доведено до желаемого уровня mWHC добавлением dH2O. Влажные обработки были установлены на 80% от mWHC, а сухие — на 20% от mWHC. Контейнеры инкубировали в течение 56 дней при 20–22°C и 50% влажности в темноте, регулярно взвешивали для контроля потерь воды и соответственно корректировали добавлением dH2O. Общий азот (Ntot), общий углерод (Ctot), минеральный азот (Nmin), микробный углерод (Cmic), микробный азот (Nmic) и растворенный органический азот (DON) измеряли в начале (T0) и в конце (T1) периода инкубации. Аликвоты T0 и T1 для анализа ДНК хранили при −20°C до использования. Для оценки потерь азота через выбросы N2O и мониторинга микробного дыхания пробы газа отбирали регулярно, как описано в разделе «Микробная активность почвы».

Химический анализ почвы

Ctot и Ntot определяли сжиганием (высушено при 60°C, измельчено, CN Vario Max; Elementar Analysensysteme GmbH, Ханау, Германия). Nmin и DON экстрагировали с использованием 0,01 M CaCl2 (1:4 вес/объем) с последующей фильтрацией (MN 619EH; Macherey-Nagel, Дюрен, Германия) и фотоспектрометрическим определением аммония и нитрата (SAN-plus Segmented Flow Analyzer; Skalar Analytical B.V., Бреда, Нидерланды) для Nmin, в то время как DON анализировали на TOC-TNb анализаторе (Analytik Jena multi N/C 2100S, Analytik Jena, Йена, Германия). Потоки (ΔN) соответствующих пулов азота в инкубационном эксперименте рассчитывали как разницу между T1 и T0. Приблизительный протеолиз внесенного органического удобрения оценивали через различия в лабильном пуле азота (Nlabile = Nmic + Nmin + DON) в конце и начале инкубации (Nlabile−T1 и Nlabile−T0), сокращенно ΔNlabile. ΔNlabile представляет собой оценку того, какое количество органически связанного азота подверглось протеолизу в течение инкубации и, таким образом, оказалось в лабильном пуле. Он служит приблизительным показателем потенциального чистого протеолиза и не отражает изменения в доступном для растений азоте или классические протеолитические потенциалы. pH почвы (pHH2O) определяли в разведении 1:2,5 (вес/объем) с dH2O.

Химический анализ растений

Два миллиграмма растительной ткани помещали в оловянные капсулы (оловянные капсулы для твердых веществ, 3,2 × 4 мм, SÄNTIS Analytical AG, Тойфен, Швейцария) для определения содержания 15N и азота с помощью изотопного масс-спектрометра с соотношением (IRMS) (delta V Advantage, Thermo Fisher, Драйайх, Германия), соединенного с элементным анализатором (Euro EA, Eurovector, Милан, Италия) в Центре Гельмгольца в Мюнхене, Германия.

Микробиологический анализ почвы

Cmic и Nmic определяли методом хлороформной фумигации (CFE) согласно Vance и др. (Vance и др., 1987).

Микробная активность почвы

Контейнеры для инкубации помещали в литровые банки Мейсона, которые закрывались герметичными крышками. Для оценки потоков газов в течение одного часа из газового пространства банок Мейсона с помощью шприца отбирали четыре пробы газа (20 мл), вводили в предварительно эвакуированные флаконы и впоследствии анализировали на ГХ (7890A; Agilent Technologies, Санта-Клара, Калифорния). Концентрации CO2 в пробах определяли с помощью пламенно-ионизационного детектора (FID) после восстановления до CH4 метанизатором, а N2O — с помощью детектора захвата электронов (μECD). Потоки газов рассчитывали с использованием линейной модели. Для расчета кумулятивных потоков (мг CO2-C на кг сухой почвы) использовали метод трапециедального интегрирования.

Экстракция микробной ДНК

ДНК выделяли из замороженных образцов с использованием набора FastDNA SPIN Kit for Soil и прибора FastPrep Instrument (MP Biomedicals, Калифорния, США) в соответствии с инструкциями производителя. Все образцы были очищены с помощью набора OneStep™ PCR Inhibitor Removal Kit (Zymo Research, Калифорния, США). Эффективность экстракции ДНК оценивали путем добавления точного количества плазмиды, несущей искусственную последовательность, перед экстракцией ДНК в соответствии с Thonar и др. (2012). После экстракции количество восстановленной метки оценивали аналогично функциональным генам (см. раздел «Обилие функциональных генов») для расчета эффективности экстракции. Концентрации ДНК оценивали с использованием флуориметра Qubit (Thermo Fisher Scientific, Уолтем, США).

Обилие функциональных генов

Обилие функциональных генов оценивали с помощью количественной полимеразной цепной реакции (кПЦР). Перед кПЦР каждый набор олигонуклеотидов был оптимизирован с использованием различных разведений почвы и температур отжига для достижения R2 > 0,999 и эффективности между 0,8 и 1. Реакции кПЦР проводились в объеме 12 мкл с использованием SYBR green подхода (Kapa SYBR® Fast qPCR Kit Master Mix (2×) Universal; Kapa Biosystems, Уилмингтон, Массачусетс) на платформе Rotor-Gene Q (Rotor-Gene Q; QIAGEN, Венло, Нидерланды). Состав мастер-микса, профили циклов и последовательности олигонуклеотидов перечислены в дополнительной таблице 1. Биологические повторности анализировали в технических дубликатах. Отрицательные контроли и серийные разведения плазмид, несущих интересующий ген, включали в трех повторностях в каждый запуск кПЦР для расчета стандартных кривых для абсолютной количественной оценки. Размер и качество полученных ампликонов контролировали с помощью анализа кривых плавления и гель-электрофореза на агарозных гелях.

Разнообразие функциональных генов (apr и npr)

Экстракты ДНК из инкубационного эксперимента были использованы для секвенирования Illumina с помощью двухэтапного ПЦР-подхода. Первая ПЦР с использованием праймеров apr и npr, меченных fluidigm, проводилась в трех повторностях и впоследствии объединялась для визуализации на агарозных гелях (1,75%). Полосы очищали из геля с использованием набора QIAquick PCR purification kit (QIAGEN). Праймеры, мастер-миксы и условия циклов перечислены в дополнительной таблице 1. Вторая ПЦР и подготовка библиотеки были выполнены в Genome Quebec Innovation Center (Монреаль, Канада) в соответствии с руководствами по ампликонам, предоставленными Illumina (Сан-Диего, Калифорния, США). Библиотека была секвенирована на системе секвенирования Illumina MiSeq с использованием набора Reagent Kit v2 2 × 250 bp (Illumina, Сан-Диего, Калифорния, США). Качество данных секвенирования оценивали с использованием FastQC (Andrews, 2010) и MultiQC (Ewels и др., 2016). Прямые и обратные последовательности были объединены с использованием Flash (Magoč и Salzberg, 2011) с перекрытием до 250 пар оснований (дополнительная таблица 2). Таксономическая аннотация отдельных последовательностей и кривые разрежения (дополнительный рисунок 1) были выполнены в MGX (Jaenicke и др., 2018) на основе поиска гомологии с использованием NCBI GenBank в качестве базы данных (порог E-Value: 1e-5, минимальная идентичность 0,95). Структура и разнообразие сообществ были рассчитаны на основе таксономических классификаций на уровне вида. Кроме того, был проведен OTU-анализ для выявления внутренней структуры подмножества некультивируемых бактерий. Для кластеризации OTU с 97% сходством использовали UPARSE (Edgar, 2013) (дополнительная таблица 3). Все сырые последовательности были депонированы в ENA (https://www.ebi.ac.uk/ena) под номером доступа PRJEB24038.

Следует отметить, что информация о структуре сообщества, основанная на ампликонах, никогда не бывает полностью свободной от искажений. Праймеры для функциональных генов, даже если они высокодегенерированы, могут не захватывать определенные последовательности или даже разные гены, кодирующие белки со схожей функцией. ПЦР, подготовка библиотеки и аннотация последовательностей также сопряжены с искажениями (Van Dijk и др., 2014; Schirmer и др., 2015). В целом, трудно получить прямое доказательство того, что данная последовательность связана с определенным микробным таксоном или видом, и поэтому к конкретным названиям видов, упомянутым в этой рукописи, следует относиться с осторожностью. Когда называются виды, это относится к микроорганизмам, содержащим соответствующие аннотированные последовательности генов apr и npr. Кроме того, нельзя исключать наличие химерных последовательностей и горизонтального переноса генов.

Статистический анализ

Двухфакторный дисперсионный анализ (JMP®, Версия 11.2. SAS Institute Inc., Северная Каролина) применяли для выявления эффектов системы земледелия (FS), водного режима (WR) и взаимодействия FSxWR для биохимических данных, обилия генов и индексов разнообразия. Пост-хок тесты Тьюки с уровнем значимости p = 0,05 выявляли различия между вариантами. Нормальность данных оценивали с помощью критерия согласия Шапиро-Уилка. Взаимосвязь между обилием функциональных генов и соответствующими потоками в пулах азота оценивали с помощью корреляции Спирмена. Все графики, кроме неметрического многомерного шкалирования (NMDS) и тепловых карт, были созданы в SigmaPlot (Версия 12.5 Systat Software, Сан-Хосе, Калифорния).

Разнообразие оценивали на основе индекса Шеннона с использованием пакета vegan (Oksanen и др., 2017). Структура микробных сообществ, кодирующих протеазы, была визуализирована с использованием графиков NMDS на основе метрик расстояния Брея-Кертиса с использованием ggplot2 (Wickings и др., 2012) и пакета vegan (Oksanen и др., 2017), запущенных на R 3.4.1 и RStudio 1.0.153. Влияние FS, WR и FSxWR на структуру сообщества анализировали с помощью пермутационного многомерного дисперсионного анализа (PERMANOVA) с использованием метрик расстояния Брея-Кертиса, реализованных в функции ADONIS (пакет vegan). PairwiseAdonis (Arbizu, 2017), многоуровневое попарное сравнение с использованием ADONIS, использовали для проверки различий между FS в пределах WR. Виды, определяющие дифференциацию между вариантами, оценивали с помощью функции анализа сходства процентов (SIMPER) из пакета vegan с порогом кумулятивной суммы 80%. Выявленные таким образом виды были нанесены с помощью функции envfit (пакет vegan) на графики NMDS.

Характеристики почв органически и традиционно управляемых почв

Биохимические параметры почвы различались до инкубации по пулам Ntot, Nmic и Cmic, но не по Ctot (Таблица 1) при сравнении двух систем земледелия. Просеянные почвы обеих систем земледелия изначально имели mWHC 52 ± 0,7 г H2O на 100 г сухой почвы, и водные режимы были применены соответственно. Потерь азота через выщелачивание не происходило, и предполагается, что потерь через газообразные выбросы не было или они были незначительными, поскольку измеренные выбросы N2O были ниже предела обнаружения (данные не показаны).

Таблица 1 Биохимические свойства почв органической и традиционной систем земледелия в начале экспериментов после внесения биомассы люпина.

Обе системы выращивались в рамках одного и того же семилетнего севооборота с одинаковой обработкой почвы и сидератами, но различались по удобрению, борьбе с вредителями и болезнями. Ntot — общий азот почвы; Corg — общий органический углерод почвы; Nmic — микробная биомасса азота; Cmic — микробная биомасса углерода; n = 4; p ≤ 0,05, 0,01, 0,001, n.s — незначимо; DW — сухая масса; SE — стандартная ошибка.

Обеспечение азотом из органического удобрения в зависимости от системы земледелия и водного режима

Растения, выращенные на органически и традиционно управляемых почвах, дали равное количество биомассы (надземная часть + корни) через 56 дней в условиях WET. В условиях DRY биомасса была снижена (p < 0,001), хотя растения, выращенные на органически управляемой почве, дали на 23% больше биомассы, чем растения, выращенные на традиционно управляемой почве (Рисунок 2). Азот, полученный из удобрения (Ndff), измеренный в биомассе растений (надземная часть + корни), использовался как показатель обеспечения азотом из органического удобрения (сидерата). Ndff значительно зависел от взаимодействия WRxFS (p < 0,01) и различался между системами земледелия исключительно в условиях DRY, с на 30% более высокими значениями у растений, выращенных на органически управляемой почве (Рисунок 2). В условиях WET значимых различий между системами земледелия выявлено не было.

Рисунок 2 Влияние системы земледелия (FS) и водного режима (WR) на общую сухую биомассу растений (A), общий азот растений (B), азот, полученный из удобрения (Ndff) (C), и общую рекуперацию азота из удобрения (REC) (D) райграса (надземная часть и корни) после внесения меченого 15N сидерата (эксперимент по питанию растений). Райграс выращивали на органически (ORG) и традиционно (CON) управляемых почвах в течение 56 дней в контролируемых условиях WET и DRY. Для выявления различий между вариантами, обозначенными разными буквами, применяли двухфакторный дисперсионный анализ и пост-хок тесты Тьюки. n = 6; столбики погрешностей представляют стандартные ошибки.

В целом, рекуперация азота растениями за 56-дневный период роста составила около 9% для WET и 6,3 и 4,9% соответственно для органических и традиционных DRY вариантов (Рисунок 2). Общее содержание азота в растениях значительно зависело от FS и WR (p < 0,001, p < 0,001 соответственно) с наибольшими значениями у растений, выращенных на органически управляемой почве в условиях WET (16,2 ± 0,3 мг на горшок), за которыми следовали традиционно управляемая почва в условиях WET (12,6 ± 0,1 мг на горшок), органически управляемая почва в условиях DRY (14,78 ± 0,4 мг на горшок) и традиционно управляемая почва в условиях DRY (10,1 ± 0,2 мг на горшок).

Микроорганизмы цикла азота в зависимости от системы земледелия и водного режима

Кумулятивные выбросы CO2, как показатель микробной активности в течение 56 дней инкубации, зависели от WR (p < 0,001) с наибольшими значениями в традиционном WET варианте, за которым следовал органический WET. Почвы в условиях DRY показали примерно на 40% более низкие выбросы CO2 по сравнению с почвами в условиях WET без различий между системами земледелия (дополнительная таблица 4). Контрольный вариант без внесения люпина показал в среднем по всем вариантам примерно в шесть раз более низкие выбросы CO2 (данные не показаны).

Обилие apr и npr значительно зависело только от WR (p < 0,05 и p < 0,01 соответственно) с более высоким обилием в условиях WET (дополнительная таблица 4). В целом, микроорганизмы, кодирующие apr, были более многочисленны, чем микроорганизмы, кодирующие npr. Обилие функциональных генов, участвующих в более поздних трансформациях цикла азота, а именно ureC, amoAOA и amoAOB, в основном зависело от WR, а не от FS (дополнительная таблица 4).

При корреляции обилия apr и npr с биогеохимическим показателем чистого протеолиза (ΔNlabile) была выявлена положительная взаимосвязь, как и для чистой минерализации и чистой нитрификации (Таблица 2). Корреляции биогеохимических потоков азота с обилием amoAOB и ureC не наблюдалось, и не было взаимосвязи между каким-либо из функциональных генов и чистой микробной иммобилизацией азота (Таблица 2).

Таблица 2 Обзор взаимосвязей между функциональными генами и соответствующими биохимическими потоками.

Поскольку apr и npr представляют собой функциональные гены, действующие на начальном и лимитирующем этапе минерализации белкового азота (протеолиз), в этом отношении был проведен углубленный анализ. Секвенирование Illumina как apr, так и npr выявило значительные эффекты взаимодействия WRxFS на несходство структуры сообществ, наблюдаемое с помощью PERMANOVA (p < 0,05, Таблица 3). Значительный эффект FS в пределах DRY вариантов был выявлен для apr (p = 0,020, Таблица 3). Структура сообщества apr, упорядоченная с помощью NMDS, сильнее зависела от вариантов, чем структура сообщества npr (Рисунок 3). На основе анализа SIMPER были идентифицированы наиболее влиятельные «виды» (организмы, несущие последовательность, аннотированную к соответствующему виду) для различения вариантов (дополнительная таблица 5) и нанесены на NMDS-упорядочение, показывающее, что схожие виды ассоциируются с WR, как это было видно на тепловой карте на основе относительного обилия (Рисунок 4).

Таблица 3 Влияние системы земледелия (FS) и водного режима (WR) на структуру микробных сообществ, кодирующих щелочную металлопептидазу (apr) и нейтральную металлопептидазу (npr).

Органически (ORG) и традиционно (CON) управляемые почвы инкубировали в течение 56 дней в условиях WET и DRY. PERMANOVA использовали для проверки эффектов FS, WR и WR × FS. Попарный PERMANOVA с корректировкой p-значений fdr использовали для выявления эффектов FS в пределах WR. n = 4; n.s — незначимо.

Рисунок 3 Неметрическое многомерное шкалирование (NMDS) микробных сообществ, кодирующих щелочную металлопептидазу (apr) и нейтральную металлопептидазу (npr), на основе метрик расстояния Брея-Кертиса (инкубационный эксперимент). Варианты обозначены в соответствии с легендой: традиционный (CON), органический (ORG) и соответствующие водные обработки DRY и WET. Векторы указывают виды (организмы, несущие последовательность, аннотированную к виду), наиболее влиятельные для дифференциации между вариантами (выявлены с помощью анализа SIMPER).

Рисунок 4 Тепловая карта относительного обилия микробных сообществ, кодирующих щелочную металлопептидазу (apr) и нейтральную металлопептидазу (npr) (инкубационный эксперимент). В тепловые карты включены только виды (или организмы, несущие последовательность, аннотированную к виду), имеющие обилие более 0,5%. Образцы кластеризованы на основе сходства Брея-Кертиса (групповое среднее связывание). Образцы (ось Y) окрашены в соответствии с вариантами: традиционный (CON), органический (ORG) и соответствующие водные обработки DRY и WET. Цвет от белого к синему указывает на более высокое обилие.

В начале инкубации микробные сообщества, кодирующие apr, в органически и традиционно обрабатываемых почвах были сопоставимы по разнообразию на основе индекса Шеннона (Таблица 4). В конце инкубации разнообразие микробных сообществ, кодирующих apr, значительно зависело от взаимодействия FSxWR (p < 0,001). При сравнении эффектов FS в пределах WR более высокое разнообразие apr было выявлено в органически управляемых почвах по сравнению с традиционно управляемыми, но исключительно в условиях DRY (p < 0,001). В отличие от apr, микробные сообщества, кодирующие npr, не зависели от FS, WR и FSxWR при применении индекса Шеннона (Таблица 4). Кроме того, не было обнаружено различий между FS в пределах WR. Секвенирование apr выявило в общей сложности двести различных «видов» (или организмов, несущих последовательность, аннотированную к соответствующему виду), причем наиболее обильными были Pseudomonas sp. GR6 02, Pseudomonas fluorescens, Ralstonia solanacearum, а также сумма некультивируемых бактерий (Рисунок 4). Организмы, несущие ген, аннотированный к Pseudomonas sp. GR6 02, ассоциировались с DRY вариантами с наибольшим относительным обилием в традиционной почве (Рисунок 4, дополнительная таблица 5). Последовательности, аннотированные к R. solanacearum, и сумма всех некультивируемых бактерий зависели от WR с более низким относительным обилием в условиях DRY по сравнению с WET; кроме того, присутствовал эффект FS в пределах DRY вариантов (Рисунок 4, дополнительная таблица 5). Секвенирование микробных сообществ, кодирующих npr, выявило в общей сложности 103 различных «вида», сильно доминируемых Bacillus sp. IHB 7164 и суммой некультивируемых бактерий (Рисунок 4). Наблюдалось сравнительно низкое влияние FS и WR на относительное обилие.

Таблица 4 Разнообразие микробных сообществ, кодирующих щелочную металлопептидазу (apr) и нейтральную металлопептидазу (npr), на основе индекса Шеннона.

После 56 дней инкубации в условиях WET и DRY для оценки эффектов системы земледелия (FS), водного режима (WR) и их взаимодействия (WR × FS) использовали двухфакторный дисперсионный анализ, а для выявления эффектов FS в пределах WR — контрастный анализ. Для проверки различий между FS в начале инкубационного эксперимента и контрастного анализа в конце применяли t-критерий Стьюдента (t-test). n = 4, n.s — незначимо, SE — стандартная ошибка.

Сумма некультивируемых бактерий составляла значительную часть микробных сообществ, кодирующих apr и npr, и поэтому был проведен углубленный анализ для выявления их внутренней структуры. Для apr и npr было идентифицировано соответственно 164 и 159 OTU (97%). Последовательности npr были доминированы несколькими OTU, присутствующими во всех образцах, в то время как для apr такого эффекта не наблюдалось. PERMANOVA выявил эффекты FSxWR на внутреннюю структуру некультивируемых бактерий, кодирующих npr (p = 0,028), но не выявил эффектов FS в пределах WR (дополнительная таблица 6). Влияния вариантов на внутреннюю структуру некультивируемых бактерий, кодирующих apr, не обнаружено. Разнообразие Шеннона некультивируемых бактерий, кодирующих apr и npr, зависело только от WR (apr: p = 0,016, npr: p < 0,001 соответственно), в то время как эффектов FS в пределах WR не наблюдалось (дополнительная таблица 7).

Учитывая изменчивость осадков, вызванную изменением климата, и альтернативные стратегии удобрения, важно изучать и понимать обеспечение растений азотом из органических источников удобрений и лежащие в основе этого механизмы. Классические ферментные анализы, оценивающие протеолитическую активность/потенциалы, проводятся в условиях оптимальной влажности с органическими субстратами низкой сложности (Ladd и Butler, 1972). Они скорее информируют о потенциале в оптимальных условиях и, следовательно, имеют ограниченную ценность для ответа на поставленные здесь вопросы. Поэтому в настоящем исследовании основное внимание уделялось обеспечению азотом из сложного органического источника для растений и различиям в соответствующих функциональных микробных сообществах в контрастных почвах.

Обеспечение азотом из сидерата зависит от долгосрочной системы земледелия

Повышенная протеолитическая активность и чистая минерализация, измеренные в анализах почвенного потенциала, могут быть вводящими в заблуждение показателями доступности азота для растений (Schimel и Bennett, 2004), поскольку после протеолиза азот может быть иммобилизован в микробную биомассу и даже оказаться в пуле органического вещества при лизиса микроорганизмов. Чтобы обойти эту проблему, был проведен эксперимент по питанию растений с использованием меченого 15N органического сидерата. Эта экспериментальная установка позволила нам проследить и количественно определить количество органически связанного азота из сидерата, преобразованного микробными процессами и поглощенного культурой. Вероятно, также небольшая доля неорганического или биодоступного органического 15N была внесена с сидератом и попала в растение без предварительного протеолиза. Однако этот эффект имел бы место в обеих почвах, внесенных идентично, и поэтому им можно пренебречь. Мы выявили примерно на 30% более высокие значения азота, полученного из органического удобрения, у растений, выращенных на органически управляемой почве, по сравнению с растениями, выращенными на традиционно управляемой почве, в условиях DRY; в условиях оптимальной влажности почвы различий не наблюдалось (Рисунок 2). Общее накопление азота в растениях показало несколько иную картину с более высокими значениями у растений, выращенных на органически управляемой почве, во всех WR. Это, вероятно, связано с более высоким общим содержанием азота в почве до начала эксперимента в органически управляемой почве (Таблица 1), и, следовательно, резервуары азота, отличные от внесенного удобрения, были больше. Общая рекуперация азота из удобрения в данном эксперименте была довольно низкой. Одним из объяснений является высокая доза удобрения (примерно 234 кг N на гектар в год) по отношению к 56-дневному периоду роста. Высвобождение органически связанного азота микроорганизмами, которое в целом считается медленным (Tyson и Cabrera, 1993; Whitmore и Schröder, 1996; Sørensen и Amato, 2002; Gutser и др., 2005), могло быть ограничено временем. Кроме того, в райграсе было обнаружено примерно в четыре раза более высокое содержание азота из почвы, чем из удобрения, главным образом из-за остаточных органических резервуаров азота как переноса от предшествующей культуры сои. Более длительная продолжительность экспериментального периода роста, позволяющая с одной стороны истощить существующие органические резервуары азота, а с другой стороны дать микроорганизмам возможность разлагать и обеспечивать больше азота, могла бы усилить наблюдаемые эффекты FS в условиях DRY. Таким образом, дальнейшие эксперименты должны рассматривать более длительные периоды роста растений, если это возможно. Тем не менее, наши результаты продемонстрировали, что в условиях засухи микробные сообщества в органически управляемых почвах, вероятно, были лучше способны поддерживать протеолиз и делать органически связанный азот сидерата доступным для растений по сравнению с традиционно управляемой почвой. Предыдущий полевой эксперимент в испытании DOK с использованием меченого 15N овечьего навоза, проведенный Bosshard и др. (2009), не выявил различий между органическими и традиционными системами земледелия в отношении поглощения азота растениями из органического удобрения. Они выявили, что доля рекуперации азота из внесенного овечьего навоза составляла около 15% после первого вегетационного периода, а значения азота, полученного из почвы, были примерно в два с половиной раза выше, чем азота из удобрения. Эксперимент проводился в условиях нормальных осадков и, таким образом, больше соответствует нашим результатам в условиях WET (Рисунок 2). Полевой эксперимент с использованием меченого 15N (зеленого) удобрения в сочетании с укрытиями от дождя (такими как Kundel и др., 2018) мог бы быть полезным для изучения обеспечения азотом из органических удобрений сельскохозяйственных культур в условиях прогнозируемых сценариев засухи в менее искусственной обстановке, включая неповрежденную физику почвы и более высокие трофические уровни.

Микроорганизмы, кодирующие протеазы, зависят от долгосрочного управления почвой и водного режима

В целом, было выявлено лишь несколько эффектов FS на обилие функциональных генов цикла азота (дополнительная таблица 4). Корреляции между функциональными генами и соответствующими биохимическими потоками дали положительные результаты для apr, npr и amoAOA (Таблица 2). Корреляция между протеолитической активностью/потенциалом и обилием apr уже была показана Brankatschk и др. (2011), которые работали с почвой из приледниковых зон, в то время как Fuka и др. (2008) выявили положительную корреляцию между протеолитическим потенциалом и обилием npr в пахотной почве. В настоящем эксперименте также оценивалось обилие других функциональных генов, участвующих в цикле азота, но не связанных напрямую с протеолизом (ureC, amoAOA, amoAOB), и значимой корреляции, кроме amoAOA с приблизительным чистым протеолизом и чистой минерализацией, обнаружено не было (Таблица 4). Однако само по себе обилие генов часто с трудом позволяет точно прогнозировать биогеохимические реакции (Rocca и др., 2015).

Для получения углубленной информации о функциональных микробных сообществах, непосредственно участвующих в протеолизе и, вероятно, последующем обеспечении азотом, были изучены структура и разнообразие микробных сообществ, кодирующих apr и npr. Наши результаты показывают, что традиционно управляемая система была менее способна поддерживать разнообразие и исходную структуру микробных сообществ, кодирующих apr, в стрессовых условиях DRY по сравнению с органически управляемыми почвами (Рисунок 3, Таблицы 3, 4). В целом, микробные сообщества, кодирующие npr, меньше зависели от FS и WR по сравнению с микробными сообществами, кодирующими apr (Рисунки 3, 4). Сниженная реактивность микроорганизмов, кодирующих npr, к WR может быть объяснена доминированием Bacillus sp. (или видов, несущих последовательность, аннотированную к бациллам) (Рисунок 4). Бациллы известны своей способностью образовывать эндоспоры для ухода от неблагоприятных условий (Nicholson и др., 2000; Nicholson, 2002). С помощью этой стратегии бациллы могут выживать в стрессовых условиях, но оставаться обнаруживаемыми без вклада в почвенные процессы. Поскольку предыдущие анализы микробиома DOK выявили ассоциацию Firmicutes с системами, получающими навоз (Hartmann и др., 2015), ожидался более сильный эффект FS на микробные сообщества, кодирующие npr. Сниженное влияние «получения навоза» на микробные сообщества, кодирующие npr, вероятно, объясняется другой долей Firmicutes, ответственной за эффекты, наблюдаемые в (Hartmann и др., 2015), хотя для уточнения требуются дальнейшие анализы.

Следует отметить, что анализ функциональных генов несет определенные риски искажений и должен интерпретироваться с осторожностью. Работа, основанная на секвенировании ампликонов, может предоставить информацию только настолько хорошо, насколько хорошо олигонуклеотиды покрывают сообщество. Валидация покрытия олигонуклеотидов apr и npr по современным базам данных, спустя 17 лет после их разработки, могла бы выявить, следует ли рассматривать создание улучшенных олигонуклеотидов. Еще одним ограничением, снижающим значимость идентифицированных «видов», является горизонтальный перенос генов, при котором организмы могут приобретать гены от близких, но также и от отдаленно родственных организмов (Thomas и Nielsen, 2005; Polz и др., 2013). Кроме того, амплификация высокогомологичных генов из сложных смесей ДНК может приводить к образованию химерных последовательностей и, следовательно, к ложным оценкам разнообразия/структуры (Gonzalez и др., 2005).

Несмотря на обсуждаемые ограничения, которые, однако, следует учитывать, большинство идентифицированных видов согласуются с результатами предыдущих работ (Rösch и др., 2002; Zehr и др., 2003; Izquierdo и Nüsslein, 2006).

Биоразнообразие усиливает функционирование в стрессовых условиях: гипотеза страхования

Гипотеза страхования утверждает, что биоразнообразие обеспечивает страховочную или буферную функцию против экологических колебаний (Naeem и Li, 1997; Yachi и Loreau, 1999). Виды реагируют по-разному, и поэтому более высокое биоразнообразие может быть не важным для поддержания функционирования экосистемы в постоянных условиях, но может быть важным в меняющихся условиях. Микробное разнообразие почвы может напрямую влиять на стабильность экосистемы (устойчивость и восстановление) при изменениях окружающей среды, таких как изменчивость осадков, как это уже было показано для наземного биоразнообразия (Isbell и др., 2015). Недавно Philippot и др. (2013) выявили, что потеря микробного разнообразия влияет на функционирование цикла азота, в частности денитрификацию. Wagg и др. (2014) выявили, что потеря микробного разнообразия и обилия негативно влияет на функционирование почвы, включая минерализацию азота. Для полного понимания последствий этой серьезной угрозы продовольственной безопасности в условиях ожидаемого изменения климата крайне необходимы дальнейшие исследования влияния потери биоразнообразия на другие функции цикла азота в почве.

Мы выявили потенциальную связь между разнообразием apr и обеспечением азотом из органического удобрения растений в условиях засухи. Следует провести дальнейшие экспериментальные манипуляции с разнообразием микробных сообществ, кодирующих протеазы, чтобы оценить их прямое влияние на функционирование. Эксперименты с «разбавлением и переносом» микробной биомассы, контролирующие побочные эффекты, зависящие от искусственной системы земледелия, в сочетании с меченым 15N органическим удобрением и секвенированием apr/npr позволили бы проанализировать прямую связь между функционированием и разнообразием, что могло бы дополнительно подтвердить гипотезу страхования и помочь идентифицировать ключевых игроков, потенциально служащих новыми биоэффекторными кандидатами. На сегодняшний день доступно несколько биоэффекторных продуктов, состоящих из отобранных ризобактерий, способствующих росту растений (PGPR), к которым также относятся виды сообществ, кодирующих apr и npr. Недавно проведенное мета-исследование показало повышенную эффективность биоэффекторов в засушливом и полузасушливом климате по сравнению с другими климатическими регионами, с увеличением урожайности под действием биоэффекторов до 21% в засушливом климате по сравнению с 10,1% в континентальном климате (Schütz и др., 2018). Таким образом, идентификация, характеристика и применение засухоустойчивых видов могут иметь потенциал для борьбы с прогнозируемыми сценариями засухи в сельскохозяйственных системах.

Учитывая экологическую интенсификацию (Bommarco и др., 2013) и использование органических удобрений, крайне важно углубить наши знания о высвобождении органически связанного азота и последующем обеспечении растений, чтобы разработать стратегии питания растений, которые в идеале обеспечивают культуры азотом при одновременном снижении потерь. Настоящее исследование не учитывало потери азота, такие как выщелачивание, поскольку полив до 20 и 80% от mWHC почвы не приводил к дренажу. Наша работа дала первые представления о различиях в функциональности почв в отношении потенциала обеспечения органическим азотом и вовлеченных в это микробных сообществах в зависимости от истории долгосрочного управления в сочетании с прогнозируемыми сценариями засухи. Результаты нашего модельного исследования пока не могут быть напрямую перенесены на агроэкосистемы, но стимулируют дальнейшую работу по проверке наших результатов в менее искусственных системах и на других типах почв, в климатических зонах и системах земледелия. Полевые эксперименты (включая укрытия от дождя, как описано в Kundel и др., 2018) могли бы проверить, справедливы ли наши результаты в прикладном агрономическом контексте. Кроме того, органические источники азота вносились в довольно высокой дозе удобрения для оценки потенциала обеспечения азотом через минерализацию, однако будущие полевые исследования должны быть сильно ориентированы на внесение доз удобрений в агрономическом контексте в соответствии с национальными нормативами для соответствующих культур. Помимо изменчивости осадков, вызванной изменением климата, ожидаются также изменения температуры воздуха и, следовательно, почвы (IPCC, 2014). Поскольку уже было показано, что различия в температуре почвы влияют на микробную активность (Pietikäinen и др., 2005) и структуру (Zogg и др., 1997), изменения температуры подразумевают потенциальные прямые и косвенные влияния на микробиом и его функционирование. Поэтому мы предлагаем дальнейшие модельные и полевые исследования для оценки влияния повышения температуры, возможно в сочетании с водными обработками, на микробно-опосредованное обеспечение азотом. Такие исследования были начаты в рамках проекта EU Biodiversa SoilClim.

Помимо протеолиза, распад и минерализация других азотсодержащих (макро-)молекул и биологическая фиксация азота также вносят вклад в питание растений и являются важными элементами экологической интенсификации. Таким образом, также настоятельно рекомендуются детальные анализы факторов, влияющих на потенциал фиксации азота и микробные сообщества, несущие соответствующий ген нитрогеназы (nifH) (Rösch и др., 2002; Zehr и др., 2003; Izquierdo и Nüsslein, 2006).

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenvs.2018.00040/full#supplementary-material

Lori M, Symanczik S, Mäder P, Efosa N, Jaenicke S, Buegger F, Tresch S, Goesmann A and Gattinger A (2018) Distinct Nitrogen Provisioning From Organic Amendments in Soil as Influenced by Farming System and Water Regime. Front. Environ. Sci. 6:40. doi: 10.3389/fenvs.2018.00040

Перевод статьи «Distinct Nitrogen Provisioning From Organic Amendments in Soil as Influenced by Farming System and Water Regime» авторов Lori M, Symanczik S, Mäder P, Efosa N, Jaenicke S, Buegger F, Tresch S, Goesmann A and Gattinger A., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Designed by Freepik