Changes in the microbial community of sod-podzolic heavy loamy soil during cultivation of various agricultural crops

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Field and laboratory studies were conducted in 2023 to assess changes in the composition of microbial communities of sod-podzolic heavy loamy soil when growing various crops in the crop rotation: mustard-winter wheat-barley. This sequential rotation of crops was chosen for the basic assessment of dynamic changes in the structure of soil microbiological communities caused by the cultivation of various agricultural crops. The microbial community in soil samples taken 1, 2, and 3 years after green manure plowing was analyzed by amplicon sequencing of the 16S rRNA gene of bacteria and archaea. The largest number of taxonomically significant groups of microorganisms (55) was found when comparing the soil used for growing winter wheat and after planting mustard. The number of specific taxa is halved (up to 24) when analyzing barley and mustard soils. The soils occupied under wheat and barley are almost identical in the composition of the dominant bacterial taxa. The most pronounced changes were observed among representatives of the Crenarchaeota archaea belonging to the Nitrososphaeria class. Individual taxa of this class have demonstrated high specificity in relation to the agroecological conditions of grain and mustard cultivation. It is shown that sideration has a minor effect on the composition of the microbial community, apparently primarily at the level of changes in the number of individual bacterial taxa.

About the authors

A. A. Zavalin

Pryanishnikov All-Russian Research Institute of Agrochemistry

Email: zavalin.52@mail.ru
127550, Moskva, ul. Pryanishnikova, 31a

A. S. Karashaeva

Pryanishnikov All-Russian Research Institute of Agrochemistry

127550, Moskva, ul. Pryanishnikova, 31a

E. N. Starostina

Pryanishnikov All-Russian Research Institute of Agrochemistry

127550, Moskva, ul. Pryanishnikova, 31a

A. O. Zverev

All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology

196608, Sankt-Peterburg, Pushkin‑8, sh. Podbelskogo, 3

References

  1. Методология биологических исследований почвы в рамках проекта «Микробиом России» / Т. И. Чернов, В. А. Холодов, Б. М. Когут и др. // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2017. Вып. 87.C. 100–112. doi: 10.19047/0136-1694-2017-87-100-113.
  2. Respones of soil physico-chemical properties, structure of the microbial community and crop yields to different fertilization practices in Russias’S conventional farming system. / A. N. Naliukhin, A. V. Kozlov, A. V. Eregin, et al. // Brazilian Journal of Biology: 2024. Vol. 84. e282493. URL: https://www.scielo.br/j/bjb/a/6cLdJhvfSzCvMyTD8mnbkrw/?format=pdf&lang=en (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.1590/1519-6984.282493.
  3. Чернов Т. И., Семенов М. В. Управление почвенными микробными сообществами: возможности и перспективы (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12.C. 1506–1522. doi: 10.31857/S0032180X21120029.
  4. Unveiling the roles, mechanisms and prospects of soil microbial communities in sustainable agriculture / K. Kiprotich, E. Muema, C. Wekesa, et al. // Discover Soil: 2025. Vol. 2:10. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s44378-025-00037-4 (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.1007/s44378-025-00037-4.
  5. Biodiversity, and biotechnological contribution of beneficial soil microbiomes for nutrient cycling, plant growth improvement and nutrient uptake / N. Yadav, D. Kour, T. Kaur, et al. // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2021. Vol. 33. 102009. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1878818121001055 (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.1016/j.bcab.2021.102009.
  6. Изменение метагенома прокариотного сообщества как показатель плодородия пахотных дерново-подзолистых почв при применении удобрений / А. Н. Налиухин,C. М. Хамитова, А. П. Глинушкин и др. // Почвоведение. 2018. № 3.C. 331–337. doi: 10.7868/S0032180X18030073.
  7. Microbial community succession in soil is mainly driven by carbon and nitrogen contents rather than phosphorus and sulphur contents. / Sh. Tang, Q. Ma, K. A. Marsden, et al. // Soil Biology and Biochemistry. 2023. Vol. 180. 109019. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071723000810 (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.1016/j.soilbio.2023.109019.
  8. Влияние удобрений и средств химизации на плодородие почвы и питание растений / А. С. Карашаева, А. А. Завалин, Г. А Ивашенков и др. // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 4(117).C. 4–14. doi: 10.24412/2713-2641-2023-4117-4-14.
  9. DADA2: High-resolution sample inference from Illumina amplicon data // B. J. Callahan, P. J. McMurdie, M. J. Rosen, et al. Nature Methods. 2016. Vol. 13. No. 7. P. 581–583. doi: 10.1038/nmeth.3869.
  10. P. J. McMurdie, S. Holmes. Phyloseq: An R package for reproducible interactive analysis and graphics of microbiome census data // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. No. 4. P. e61217. URL: https://journals.plos.org/plosone/article/file?id=10.1371/journal.pone.0061217&type=printable (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.1371/journal.pone.0061217.
  11. Welcome to the tidyverse / H. Wickham, M. Averick, J. Bryan, et al. // Journal of Open Source Software. 2019. Vol. 4. No. 43. P. 1686. URL: https://www.theoj.org/joss-papers/joss.01686/10.21105.joss.01686.pdf (дата обращения: 14.05.2025). doi: 10.21105/joss.01686.
  12. Amplicon Sequencing of Fusarium Translation Elongation Factor 1α Reveals that Soil Communities of Fusarium Species Are Resilient to Disturbances Caused by Crop and Tillage Practices / P. M. Henry, S. I. Koehler, S. Kaur, et al. // Journal Phytobiomes, 2022. Vol. 6(3). P. 261–274. doi: 10.1094/PBIOMES-09-21-0053-R.
  13. Zhu A., Ibrahim J. G., Love M. I. Heavy-tailed prior distributions for sequence count data: removing the noise and preserving large differences // Bioinformatics. 2019. Vol. 35. No. 12. P. 2084–2092. doi: 10.1093/bioinformatics/bty895.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».