Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В отчетный период был проведен полевой эксперимент на базе ФГБНУ "Федеральный Ростовский аграрный научный центр" (пос. Рассвет, Ростовская область). Получена коллекция почвенных образцов, представленных черноземом обыкновенным карбонатным тяжелосуглинистым на лессовидном суглинке. Образцы отбирали с опытных участков, занятых посевами нута и гороха, до внесения пестицидов (по вегетации) и на момент уборки урожая. Схема опыта включала варианты: 1) контроль (без удобрений и пестицидов); 2) удобрения (N40P40K40); 3) пестициды; 4) удобрения (N40P40K40) + пестициды. Был проведен физико-химический анализ отобранных проб почв с определением обменного аммония, нитратов, подвижных соединений фосфора и калия, гумуса, удельной электрической проводимости, плотного остатка водной вытяжки и рН. Также был поведен экотоксикологический анализ изучаемых почв с применением батареи цельноклеточных бактериальных lux-биосенсоров. С использованием секвенирования генов 16S рДНК был изучен таксономический состав бактериального сообщества изучаемых почв, определено их α- и β-разнообразие. Во всех вариантах воздействий отмечено снижение содержания обменного аммония и увеличение содержания нитратного азота в почве по истечению срока вегетации. В делянках с горохом увеличению количества N–NO3 наиболее способствовало внесение минеральных удобрений и пестицидов. При совместном внесении этих веществ увеличение содержания нитратного азота было сопоставимо с контрольным. На делянках с посевами нута количество N–NO3 также увеличивалось во всех вариантах воздействий, максимально - в почве с внесением пестицидов, меньше - в контрольных делянках и на фоне минеральных удобрений. Как и в случае с горохом, наименьшее увеличение N–NO3 наблюдали на варианте при внесении удобрений. Это может быть обусловлено тем, что вегетативная масса растений гороха и нута при выращивании на фоне минеральных удобрений с использованием пестицидов, включая гербициды против сорных растений, была больше. Соответственно, растения более интенсивно использовали нитраты в качестве азотного питания. Была отмечена отрицательная динамика подвижных форм фосфора под бобовыми культурами в процессе вегетации. Внесение пестицидов и удобрений практически не влияло на количество подвижного калия. Также не выявлено значительного влияния на рН почв. По концентрации плотного остатка водной вытяжки почва характеризуется как незасоленная (менее 0,1 %). Использование удобрений и пестицидов не повлияло на засоленность почвы. Изучение интегральной токсичности проб почв с помощью природного светящегося штамма Vibrio aquamarinus В-11245 показало допустимую степень токсичности во всех образцах. С помощью штаммов E. coli MG1655 (pRecA-lux) и E. coli MG1655 (pDinB-lux) обнаружена слабая генотоксичность почв под посевами гороха и нута, проявляющаяся с течением времени культивирования растений. Показано значительное усиление генотоксических свойств почв, обусловленных наличием алкилирующих агентов, при внесении пестицидов (определяли с помощью штамма E. coli MG1655 (pAlkA-lux). С помощью штаммов E. coli MG 1655 (pKatG-lux), E. coli MG 1655 (pOxyR-lux), E. coli MG 1655 (pSoxS-lux) было обнаружено, что внесение минеральных удобрений способствовало усилению прооксидантных свойств почв (т.е. способности вызывать окислительный стресс в живой клетке). Не было выявлено белок-повреждающих свойств экстрактов почв при всех вариантах воздействий (штамм E. coli MG1655 (pGrpE-lux)). С помощью штамма E. coli MG1655 (pFabA-lux) во всех образцах почв с внесением удобрений и пестицидов обнаружен слабый и средний уровень токсичности, обусловленной присутствием повреждающих клеточную мембрану веществ. Показано, что вносимые в почву пестициды и удобрения индуцируют микробную систему системы «Quorum Sensing» I типа (штамм E. coli MG1655 (pVfr1-lux)). В структуре бактериального сообщества изучаемых почв преобладали филумы Actinobacteria (17,65–32,26%), Proteobacteria (17,73–28,24%), Planctomycetes (10,11–21,27%), Acidobacteria (5,26-11,11%), Verrucomicrobia (3,91- 9,21%), Bacteroidetes (3,61- 11,25%), Gemmatimonadetes (2,46 -7,99%), Chloroflexi (0,99 - 7,09%). Изменение относительного обилия бактерий различных филумов при агрохимических обработках значительно модулировалось видом возделываемого растения. В почве под посевами гороха относительное количество бактерий наиболее преобладающего филума Actinobacteria незначительно увеличивалось после всех обработок. Обилие Acidobacteria снижалось при совместном внесении удобрений и пестицидов. Обилие Bacteroidetes снижалось в контроле и при внесении пестицидов, слабо меняясь при других вариантах обработки. Количество Chloroflexi почти одинаково увеличивалось в контроле и при внесении удобрений, снижаясь при совместном внесении этих веществ. Обилие Gemmatimonadetes увеличивалось только при внесении пестицидов и почти не менялось при других обработках. Относительное обилие бактерий филумов Planctomycetes и Verrucomicrobia практически не менялось при различных обработках почвы, занятой горохом. В почве под нутом количество Acidobacteria снижалось при воздействии удобрений (как отдельно, так и совместно с пестицидами), но увеличивалось при воздействии пестицидов. Наоборот, обилие Actinobacteria увеличивалось после внесения удобрений (как отдельно, так и совместно с пестицидами), но уменьшалось при воздействии пестицидов. Обилие Proteobacteria почти не менялось при внесении удобрений, но увеличивалось при внесении пестицидов (как отдельно, так и с удобрениями). Обилие Bacteroidetes увеличивалось при внесении пестицидов и удобрений, при этом снижаясь в контроле и почти не меняясь при совместном действии удобрений и пестицидов. Количество Chloroflexi снижалось при воздействии пестицидов (как отдельно, как и с удобрениями), удобрений и увеличивалось в контроле. Обилие бактерий филума Planctomycetes практически не менялось при внесении удобрений в почву (во всех вариантах), однако оно снижалось при внесении пестицидов. Наоборот, обилие Verrucomicrobia значительно увеличивалось при внесении пестицидов под посевы нута. Обилие Gemmatimonadetes также увеличивалось при воздействии пестицидов, однако снижалось при внесении удобрений отдельно и с пестицидами, а также в контроле. Внесение пестицидов (отдельно и вместе с удобрениями) в почву под посевами гороха приводило к увеличению богатства бактериального сообщества (количество OTU, индекс Chao1). Как удобрения, так и пестициды незначительно повышали разнообразие бактерий в посевах гороха (индекс Шеннона). Бактериальное сообщество почвы, занятой посевами нута, было более чувствительно к применению пестицидов (как отдельно, так и в комплексе с удобрениями). Внесение средств химической защиты приводило к уменьшению бактериального богатства (количества OTU и индекса Chao1), снижало разнообразие и выравненность сообщества (индексы Шеннона и Симпсона). Опубликована обзорная статья: Khmelevtsova L.E., Sazykin I.S., Azhogina, T.N., Sazykina M.A. Influence of Agricultural Practices on Bacterial Community of Cultivated Soils // Agriculture. 2022. - V. 12. - I.3. – 371. DOI 10.3390/agriculture12030371 в издании Q1 (https://www.mdpi.com/2077-0472/12/3/371/htm). Результаты первого года исследований были доложены на двух конференциях. 1) Всероссийская конференция молодых ученых «ЭКОЛОГИЯ: ФАКТЫ, ГИПОТЕЗЫ, МОДЕЛИ», посвященная Международному году фундаментальных наук, г. Екатеринбург, 18-22 апреля 2022 г. Доклад «Влияние пестицидов и минеральных удобрений на бактериальное сообщество возделываемых почв» (в формате онлайн) на секции «Экология нарушенных территорий». 2) XVII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Экология родного края: проблемы и пути их решения», г. Киров, 26–27 апреля 2022 г. Доклад «Воздействие пестицидов и минеральных удобрений на микробиом сельскохозяйственных почв» (в формате онлайн) на секции «Экология микроорганизмов» По результатам конференций опубликованы тезисы в сборниках конференций.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Полевой эксперимент был проведен на базе ФГБНУ "Федеральный Ростовский аграрный научный центр" (пос. Рассвет, Ростовская область). Получена коллекция образцов почвы, представляющих чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. На опытных участках выращивали сою (Glycine max) сорта Казачка и подсолнечник (Helianthus annuus L.) сорта Реванш F1 в 4-х вариантах обработок: 1) контроль, 2) минеральные удобрения, 3) пестициды, 4) совместное применение удобрений и пестицидов. Проведен физико-химический анализ отобранных проб почв с определением обменного аммония, нитратов, подвижных соединений фосфора и калия, гумуса, плотного остатка водной вытяжки и рН. Определены экотоксикологические параметры почв с применением батареи цельноклеточных бактериальных lux-биосенсоров. С использованием секвенирования генов 16S рДНК изучен таксономический состав бактериального сообщества изучаемых почв, определено их α - и β -разнообразие. В период вегетации сои и подсолнечника обеспеченность азотом оценивалась как хорошая (под соей) и средняя (под подсолнечником). Содержание нитратного и аммонийного азота снижалось к концу вегетационного периода обеих культур (кроме почвы под соей, обработанной пестицидами), что вызвано естественным выносом в период вегетации. Отрицательная динамика подвижного фосфора отмечена для почв с внесением как пестицидов, так и удобрений. Содержание подвижного калия снизилось в почве под посевами сои с внесением пестицидов на 18,2%, и повысилось в почве под подсолнечником с комбинированной обработкой (на 54,2%). Не было выявлено значительного влияния обработок на рН почв и содержание в них гумуса. По концентрации плотного остатка водной вытяжки почва характеризуется как незасоленная (во всех образцах менее 0,1 %), т.е. использование удобрений и пестицидов не влияло на засоленность почвы. В целом внесение удобрений и пестицидов не приводило к заметному ухудшению физико-химических параметров почвы. Изучение интегральной токсичности почв с помощью природного светящегося штамма Vibrio aquamarinus В-11245 показало допустимый уровень токсичности почвы под посевами сои (кроме почвы с комбинированной обработкой, которая была токсична). Почва под посевами подсолнечника, отобранная в конце вегетационного периода растения, обладала значительной интегральной токсичностью во всех вариантах обработок, и самой сильной - при комбинированной обработке. С помощью штаммов, определяющих наличие генотоксикантов (E. coli MG1655 (pRecA-lux), E. coli MG1655 (pDinB-lux), E. coli MG1655 (pColD-lux)), выявлено негативное воздействие внесения пестицидов отдельно и в составе комбинированной обработки в почву под обеими культурами, особенно сильно эффект был выражен на подсолнечнике. Генотоксичность, обусловленная наличием алкилирующих агентов, была детектирована с помощью штамма E. coli MG1655 (pAlkA-lux)) во всех вариантах обработки под обеими культурами. Не было обнаружено значимого увеличения прооксидантных свойств почвы под посевами сои. Однако под посевами подсолнечника все обработки немного повышали прооксидантные свойства почвы, обусловленные наличием пероксидов, а комбинированная обработка - наличием супероксида. Вносимые средства обработки не приводили к появлению белок-повреждающих свойств почвы, но повысили токсичность, обусловленную наличием мембрана-повреждающих веществ. Также была показана индукция системы «Quorum Sensing» I типа при комбинированной обработке почвы. В целом, вносимые в почву пестициды (особенно в сочетании с минеральными удобрениями) значительно повышали экотоксичность почвы. Наиболее сильно комбинированная обработка влияла на почву под подсолнечником, где были обнаружены генотоксические, прооксидантные, мембрана-повреждающие эффекты этих препаратов и высокая интегральная токсичность. Это может быть связано как со спектром применяемых препаратов, так и с более продолжительным, относительно сои, вегетационным периодом, и соответственно, более длительной экспозицией с пестицидами и удобрениями (в основном все токсические эффекты регистрировались в последнем отборе). В структуре бактериального сообщества изучаемых почв преобладали филумы Actinobacteriota (38,0-44,6%), Proteobacteria (12,2-17,8%), Planctomycetota (9,9-17,8%), Bacteroidota (0,8-10,6%), Chloroflexota (5,5-8,0%), Acidobacteriota (3,8-7,3%), Verrucomicrobiota (2,7-6,5%), Gemmatimonadota (1,4-4,5%). Различные обработки по-разному влияли на изменения таксономического состава на уровне филумов в зависимости от культивируемого растения. На α-разнообразие бактериоценоза почвы под посевами сои значительно влияли минеральные удобрения. Их внесение приводило к резкому уменьшению бактериального богатства (количества наблюдаемых OTU и индекса Chao1), снижало разнообразие и выравненность сообщества (индексы Шеннона и Симпсона). В контрольных и комбинированно обработанных делянках наблюдали небольшое увеличение всех индексов разнообразия, отдельное внесение пестицидов практически не оказывало влияния. Бактериальное сообщество почв под посевами подсолнечника было более чувствительно к обработке пестицидами. Как при отдельном, так и при совместном с удобрениями внесении, они вызывали снижение индексов богатства и разнообразия (наблюдаемые OTU, индексы Chao1, Шеннона и Симпсона), особенно сильно выраженное при обработке только пестицидами. В контрольной почве и почве с внесением только удобрений, напротив, наблюдалось увеличение разнообразия бактериального сообщества. Не было выявлено значительного влияния агрохимических воздействий на β-разнообразие бактериального сообщества. Корреляционный анализ Спирмена показал, что численность бактерий ряда филумов (Actinobacteriota, Chloroflexota, Gemmatimonadota, Sumerlaeota) в почве под посевами сои была отрицательно связана с ответами практически всех биосенсоров. Интересно, что обнаружены филы (в основном некультивируемые, о которых известно еще не так много), численность которых была положительно связана с повышением уровня токсичности, определенной различными сенсорами. К ним относятся Methylomirabilota, Eisenbacteria, Patescibacteria, Elusimicrobiota, Tectomicrobia. Бактерии филумов Chloroflexota и Krumholzibacteriota под посевами подсолнечника были чувствительны к окислительному стрессу, вызываемому пероксидами, а Verrucomicrobiota - супероксидом. Численность Chlamydiota снижалась при увеличении содержания мембрана-повреждающих веществ. Обилие Desulfobacterota и Omnitrophota было отрицательно связано с ответами практически всех биосенсоров. Положительные связи выявлены между обилием Planctomycetota и наличием в почве генотоксикантов и пероксидов. Были подготовлены и опубликованы статьи: 1) Khmelevtsova L.E., Konstantinova E.Yu., Karchava S.K., Klimova M.V., Azhogina T.N., Polienko E.A., Khammami M.I., Sazykin I.S., Sazykina M.A. Influence of Pesticides and Mineral Fertilizers on the Bacterial Community of Arable Soils under Pea and Chickpea Crops // Agronomy, 2023, 13, 750. https://doi.org/10.3390/agronomy13030750 2) Sazykin I. S., Khmelevtsova L.E., Azhogina T. N., Sazykina M.A. Heavy Metals Influence on the Bacterial Community of Soils:A Review // Agriculture 2023, 13, 653. https://doi.org/10.3390/agriculture13030653 Результаты исследований были доложены на расширенном заседании секций экспертного совета РНФ по проектам генетических исследований, проходившем 26 января 2023 года в ФИЦЖ – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста, а также на конференциях: 1) Международная молодежная научная школа «Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки», г. Ростов-на-Дону, 27-30 сентября 2022 г 2) VI Международная научно-практическая конференция, посвященная 140-летию с момента становления почвоведения как науки и публикации фундаментального труда В.В. Докучаева «Русский чернозем» «ЗДОРОВЫЕ ПОЧВЫ – ГАРАНТ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ», г. Курск, 30-31 марта 2023 г. По результатам конференций опубликованы тезисы в сборниках конференций.