Хотя около 20% систем земледелия в Иллинойсе засеивают непрерывной кукурузой, почти невозможно найти поля, засеянные таким образом десятилетиями. Тем не менее, долгосрочные эксперименты, такие как эксперимент в Университете Иллинойса, включая более 40 лет непрерывного выращивания кукурузы при различных нормах азотных удобрений, предоставляют невероятные возможности для обучения и уроки управления почвой как для исследователей, так и для фермеров.

Это особенно верно для исследований почвенного микробиома, в том числе двух исследований, проведенных Накианом Кимом, докторантом факультета растениеводства Университета штата Ай. Для Кима долгосрочный эксперимент предоставил уникальные, биологически стабильные условия для изучения исходных условий и наблюдайте за микробной реакцией на включение покровных культур, изменение в управлении, введенное в 2018 году и поддержанное наградой USDA-NIFA команде Марии Вильямиль.

Важно отметить, что Ким обнаружил, что краткосрочное использование покровных культур не может отменить десятилетия микробной динамики почвы в ответ на постоянное использование кукурузы и тяжелых азотных удобрений.

«На Среднем Западе наши почвы здоровы и устойчивы, но мы не должны их переоценивать. Почва, на которой слишком долго используются неустойчивые методы, может достичь необратимого порога», — говорит Ким.

В своем первом исследовании, опубликованном в журнале Agronomy , Ким охарактеризовал сдвиги в микробных сообществах на уровне рода, гораздо более высокое таксономическое разрешение, чем в предыдущих исследованиях. Более подробное представление о микробном сообществе выявило роды-индикаторы, представляющие критические аспекты здоровья и функции почвы.

«В большинстве исследований микробы рассматривались очень широко, на уровне типов. Но даже один тип может иметь невероятно большое микробное разнообразие. Анализ на таких уровнях не мог дать достаточно подробного представления, поэтому я заглянул глубже», — говорит Ким. «Ответы на уровне рода или застой могут рассказать нам, как почва и ее микробное сообщество реагируют на методы управления почвой ».

Например, он обнаружил, что как длительное внесение удобрений, так и покровные культуры благоприятствуют микробам, которые могут увеличить риск выбросов закиси азота. Между тем, покровные культуры также увеличили биоразнообразие почвы, поскольку с этой практикой были связаны микробы с более разнообразными нишами и функциями. Подобные детали, особенно тот факт, что покровные культуры могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на почвенные микробы, могли быть упущены из виду при более широком микробном анализе прошлого.

Во втором исследовании, опубликованном в Frontiers in Microbiology, Ким сосредоточился на круговороте азота, идентифицируя микробные функциональные гены в почве, а не характеризуя сами микробы.

«Внесение большого количества азотных удобрений определенно нарушило круговорот азота в сообществах», — говорит Ким. «Археи, окисляющие аммиак, значительно уменьшились при внесении удобрений, но бактерии не были настолько чувствительны. В сообществах, подвергающихся денитрификации, те, у кого был ген nirK, восстанавливающий нитриты, были не столь чувствительны, в то время как другие с геном nirS подвергались отрицательному воздействию».

Ким обнаружил, что два года выращивания покровных культур не повлияли на скорость потенциальной нитрификации и денитрификации микробов, косвенные индикаторы выщелачивания нитратов и выброса закиси азота.

«Если система достаточно долго подвергается разрушению круговорота азота в микробных сообществах, она может развить устойчивость к методам сохранения», — говорит Ким.

Другими словами, двух лет выращивания покровных культур может оказаться недостаточно, чтобы компенсировать ущерб от 36 лет непрерывного применения кукурузы и азотных удобрений. Но Ким стремится проверить влияние долгосрочного управления покровными культурами.

Вилламил, профессор кафедры растениеводства и соавтор обеих статей, говорит, что «почвы нашего Среднего Запада обладают такой устойчивостью, которую мы не могли ожидать. Более тщательное изучение показывает , что микробные сообщества динамично реагируют на неустойчивые методы и возникающие в результате почвенные условия. Чтобы обратить вспять эти изменения, могут потребоваться огромные усилия и время, и покровные культуры должны быть одной из многих стратегий, которые мы используем для увеличения пространственного и временного разнообразия наших сельскохозяйственных систем для защиты наших почв и нашего будущего на этой планете».