Высокая засолённость подавляет почвенное бактериальное сообщество, обеспечивающее круговорот азота

Засоление считается одной из основных угроз плодородию почв и продуктивности сельского хозяйства во всём мире. Почвенные микроорганизмы играют ключевую роль в поддержании стабильности и функционирования экосистем, включая круговорот азота. Однако реакция состава бактериального сообщества и его функциональных характеристик на засоление почвы остаётся недостаточно изученной. В настоящей работе с помощью нескольких статистических методов оценивали влияние высокой засолённости на состав бактериального сообщества и потенциальные метаболические функции в агроэкосистеме. Высокая засолённость достоверно изменяла как альфа-разнообразие бактерий (индекс Шеннона—Уивера и филогенетическое разнообразие), так и бета-разнообразие. Засолённость, содержание общего азота (TN) и органического вещества почвы (SOM) были основными факторами окружающей среды, определявшими состав бактериального сообщества. Относительная численность Actinobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria и Planctomycetes снижалась с увеличением засолённости, тогда как численность Proteobacteria и Bacteroidetes возрастала. Модулярность и соотношение отрицательных и положительных связей в бактериальных сетях значительно снижались, что указывало на дестабилизацию сетей под воздействием высокой засолённости. Отбор переменных, относящийся к детерминированным процессам, определял формирование бактериального сообщества в засолённых почвах. Согласно результатам функционального прогнозирования, ключевые процессы метаболизма азота, включая аммонификацию, фиксацию азота, нитрификацию и денитрификацию, подавлялись в условиях высокой засолённости. Секвенирование генов 16S рРНК методом MiSeq показало, что высокая засолённость влияет на численность и состав нитрифицирующего сообщества. Согласованность результатов функционального прогнозирования и экспериментальной проверки подтвердила, что высокая засолённость подавляет почвенное бактериальное сообщество, обеспечивающее круговорот азота. Полученные данные убедительно свидетельствуют о влиянии засолённости на состав бактериального сообщества и ключевые метаболические функции и помогают понять реакцию почвенных микроорганизмов на продолжающееся воздействие изменений окружающей среды.

Значимость: Выявление реакции почвенного бактериального сообщества на внешние воздействия — важная, но недостаточно изученная задача микробной экологии. В настоящем исследовании оценивали влияние высокой засолённости на состав бактериального сообщества и ключевые биогеохимические процессы в засолённых сельскохозяйственных почвах с электропроводностью от 0,22 до 19,98 dS m⁻¹. Высокая засолённость достоверно снижала бактериальное разнообразие, изменяла состав бактериального сообщества и дестабилизировала бактериальную сеть. Кроме того, отбор переменных определял формирование бактериального сообщества в засолённых почвах, объясняя 61–66% выявленной вариабельности. Функциональное прогнозирование в сочетании с микробиологической верификацией показало, что высокая засолённость подавляет участие почвенного бактериального сообщества в круговороте азота. Понимание влияния засолённости на почвенное бактериальное сообщество имеет большое значение для управления засолёнными почвами и поддержания здоровья экосистем.