Ризосферный индекс/эффект как показатели влияния факторов на здоровье почв

Сегодня мне бы хотелось обратить внимание на еще одну группу показателей, которые можно использовать для оценки влияния факторов на здоровья почв – ризосферный эффект  и ризосферный индекс .

Ризосферный эффект  - изменение состава сообщества микроорганизмов под действием корневой экссудации растений.

Ризосферный индекс (РИ) – соотношение содержания различных химических элементов и рНKCl в ризосфере и вне ризосферы.                                                                                                                                         Формула расчета ризосферного индекса: РИ = А / В, где А – содержание элемента питания (или рНKCl) в ризосферной почве, В – содержание элемента питания (или рНKCl) в неризосферной почве

Данный показатель позволяет выявить общую направленность почвенно-ризосферных процессов у растений  в прикорневой зоне и вне ее .

Методика подготовки почвы: ризосферную и неризосферную почву разделяли, используя механическое встряхивание корней растений. Почву, которая свободно отряхивается с поверхности корней в течение 5 минут  (с целью устранения вариаций между образцами) считали неризосферной, а почву, прилипшую к сегментам корня после встряхивания, – ризосферной.

Пример прикладного использования ризосферного эффекта для оценки влияния типа почвы и вида сельскохозяйственных растений на статус здоровья почв

А.О. ЗВЕРЕВ, Е.В. ПЕРШИНА, Н.А. ПРОВОРОВ использовали явление  ризосферного эффекта для оценки влияния типа почвы на формирование биоты  ризосферы. 

В работе использовались две контрастные по агрохимическим показателям почвы — чернозем (Воронежская обл.) и дерново-подзолистая почва (Псковская обл.). Семена ржи (Secale cereale L., к-6469 по каталогу ВИР, местный сорт, используемый в Псковской области) и пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Волшебница, к-54609 по каталогу ВИР)  выращивали в вегетационном домике на обеих почвах в течение 42 сут. Используя NGS-секвенирование V4 вариабельного участка гена 16S-рДНК, проанализировали состав сообществ  микроорганизмов исходных почв и сформированных на них ризосфер. Несмотря на небольшую длительность эксперимента, в обеих почвах был выявлен выраженный ризосферный эффект. Наиболее сильным фактором оказался тип почвы. Сообщества

исходных почв, а также различные ризосферные сообщества, сформированные на этих почвах, достоверно отличались друг от друга. Для обеих почв показано сохранение этой закономерности при формировании ризосферных сообществ микроорганизмов у ржи и пшеницы. Вид растения был вторым по значимости (после типа почвы) фактором, определяющим таксономический состав ризосферного микробиома. У ржи сообщества ризосферы в целом оказались несколько ближе к сообществам исходных почв, чем у пшеницы. Также сообщества ризосфер ржи на дерново- подзолистой почве, по данным кластерного анализа, близки по структуре к сообществам исходной почвы. Таксономический микробиомный анализ сообществ на уровне фил позволил выявить группы, в наибольшей степени ответственные за ризосферный эффект. Формирование ризосферных сообществ сопровождалось увеличением количества последовательностей, характерных для класса Betaproteobacteria, при снижении числа представителей филы Verrucomicrobia. Сочетание особенностей дерново-подзолистой почвы и выращиваемой на ней пшеницы приводит к значительным изменениям в сообществе. По результатам всех анализов эти сообщества существенно отличаются от сообществ исходной почвы и ризосферы ржи на дерново-подзолистой почве.  Возможно, это связано с увеличением доли бактерий из рода Flavobacterium (фила Bacteroidetes) в указанных сообществах.

Пример прикладного использования  ризосферного индекса агрохимических показателей.                                                                                                                                                   Думачева Е.В. и Чернявских В.И. использовали ризосферный индекс  одним из критериев отбора конкурентоспособных и долголетних форм для конструирования устойчивых агрофитоценозов на карбонатных почвах.

 Опыты проводились в Ботаническом саду НИУ «БелГУ». Склон северо-восточной экспозиции 30. Почва чернозем типичный карбонатный мало-гумусный тяжелосуглинистый слабосмытый на лессовидном суглинке, подстилаемом элювием мела. Содержание гумуса 3,93–4,01 %, рНKCl 7,31–7,33. Опыт был заложен по двухфакторной схеме методом организованных повторений и включал 10 вариантов: 5 – одновидовые посевы бобовых трав и 5 – злаково-бобовые травосмеси. В исследования были включены многолетние бобовые травы (Medicago varia, Medicago falcata, Lotus corniculatus). Травосмесь злаковых трав: райграс пастбищный (Lolium perenne) + овсяница красная (Festuca rubra) + овсяница овечья (Festuca ovina), смешанных равными долями.

В результате обобщения полученных данных были рассчитаны корреляции между основными показателями и ризосферными индексами для всех изучаемых многолетних бобовых трав в целом. Большинство изученных признаков оказались достаточно тесно связаны с показателями ризосферных индексов. При коэффициенте корреляции r= 0,5–0,6 связь считается средней, при r<0,5 –на слабая связь, и лишь при r≥0,7 можно судить о сильной связи .

Показатель плотности агроценопопуляций бобовых трав имел сильную положительную связь с РИNобщ (+0,836) и РИК2О (+0,745) и отрицательную с РИрН (-0,839). Связь признака с РИР2О5(+0,631) и РИNлг.(+0,649) была средней силы. Для репродуктивного усилия была уста-новлена сильная положительная корреляция с РИК2О(+0,836) и РИрН (+0,747), средней силы – с РИNлг.(+0,637) и РИNобщ(+0,604). Связь признака с РИР2О5 была несущественной.

Общие тенденции были выявлены при изучении зависимости между общей фитомассой и семенной продуктивностью особей. Как для общей фитомассы, так и для семенной продук-тивности особи установлена сильная положительная связь с РИрН (+0,861 для фитомассы и +0,756 для семян) и отрицательная – с РИК2О(–0,862 для фитомассы и –0,669 для семян).

Фактически выявленные тенденции указывают на выживание в смешанных посевах долголетних конкурентоспособных форм, обладающих смешанным типом адаптивной стратегии – конкурентно-стресс-толерантной. Особенности проявления того или иного типа адаптивных стратегий в сложных условиях региона во многом зависят от почвенных особенностей. Физико-химические свойства карбонатных почв (рНKCl до 8,0, высокий окислительно-восстановительный потенциал, высокое содержание карбонатов и особенно их мелкой фракции, так называемой активной извести с диаметром частиц менее 20 мкм) определяют своеобразие поглощения и распределения в тканях растений многих элементов питания, влияя на развитие как подземной, так и надземной сферы.

Проведенный анализ позволил выявить общие тенденции в направленности почвенно-ризосферных процессов и взаимоотношений в прикорневой зоне и вне нее. Изменение реакции почвенной среды в ризосферной зоне указывает на сдвиг рНKCl в щелочную сторону и снижение в ризосферной почве содержания доступных форм азота, фосфора и калия по срав-нению с неризосферной почвой. Складывающиеся в подземной сфере условия затрудняют проникновение в ризосферную зону корневой системы злаковых культур, что делает такие особи более устойчивыми и конкурентоспособными в смешанных посевах.

Полученные данные свидетельствуют о том, что ризосферные индексы отражают отличия, проявляющиеся у конкурентоспособных особей, а также направленность их жизненной стратегии на адаптацию к экотопическим факторам карбонатных почв и смешанных посевов. У конкурентоспособных форм происходит сдвиг реакции среды в щелочную сторону, при этом уровень содержания в прикорневой зоне доступных форм азота, фосфора и калия по сравнению с неризосферной почвой практически не меняется, о чем свидетельствуют низкие ризосферные индексы.

При подготовке поста использованы следующие литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

РИЗОСФЕРНЫЙ ИНДЕКС КАК ПОКАЗАТЕЛЬ  КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ БОБОВЫХ ТРАВ В СМЕШАННЫХ ПОСЕВАХ НА КАРБОНАТНЫХ ПОЧВАХ , Думачева Е.В., Чернявских В. И., 2016

ПОЧВЕННО-РИЗОСФЕРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ FABACEAE ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ В КУЛЬТУРЕ НА КАРБОНАТНЫХ ПОЧВАХ, Думачева Е.В., Чернявских В.И., 2012

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫХ

ВИДОВ FABACEAE В АГРОФИТОЦЕНОЗАХ С ОДНОВИДОВЫМ И СМЕШАННЫМ ТРАВОСТОЕМ НА КАРБОНАТНЫХ ПОЧВАХ , Думачева Е.В., Чернявских В.И., 2012

МЕТАГЕНОМНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РИЗОСФЕРНОГО ЭФФЕКТА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР В ЧЕРНОЗЕМНОЙ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ, А.О. ЗВЕРЕВ, 2016

Представленные данные расширяют методические возможности для оценки влияния технологических приемов ( тип обработки почв, биологический препарат, предшественник, промежуточный сидерат) на состояние здоровья почв  - представленность биоты и ее  функционирование.