Антибиотики в животноводстве и повышение температуры нарушают почвенные микробные сообщества

Почвенные микробные сообщества играют ключевую роль в круговороте питательных веществ, поддержании сельского хозяйства и улавливании углерода — важной функции для смягчения последствий изменения климата. Около 80% наземных запасов углерода Земли хранится в почвах.

Новое исследование под руководством Джейн Лукас из Института экосистемных исследований Кэри изучило совместное влияние повышения температуры и распространённого ветеринарного антибиотика на почвенные микроорганизмы. Работа будет опубликована в декабрьском номере журнала Soil Biology and Biochemistry.

Методология

В качестве объекта исследования был выбран антибиотик монаensin, широко применяемый в животноводстве. Он плохо метаболизируется и остаётся биологически активным, попадая в окружающую среду с отходами животных. Исследователи собрали образцы почвы с нетронутого пастбища в северном Айдахо. Образцы обрабатывали высокой, низкой дозой антибиотика или не обрабатывали вовсе, а затем инкубировали при трёх температурах (15, 20 и 30°C) в течение 21 дня. Эти температуры представляли сезонные колебания и прогноз будущего потепления. Команда отслеживала дыхание почвы, кислотность, состав и функцию микробного сообщества, круговорот углерода и азота.

Результаты

• При сочетании повышения температуры и добавления антибиотика популяции бактерий сокращались, что позволяло доминировать и гомогенизироваться грибам. Это приводило к уменьшению общего количества микроорганизмов и снижению микробного разнообразия.
• Антибиотики сами по себе увеличивали количество биодоступного углерода и снижали эффективность микроорганизмов.
• Повышение температуры само по себе усиливало почвенное дыхание и увеличивало содержание растворённого органического углерода. Рост этих лабильных пулов углерода может снизить долгосрочный потенциал его хранения.

Выводы

• Изменения в микробных сообществах наблюдались как при низких, так и при высоких дозах антибиотика. Повышение температуры усугубляло эти эффекты.
• Тепло и антибиотики увеличивали микробное дыхание, снижая эффективность работы микроорганизмов. Им приходилось «работать усерднее», чтобы выжить.
• Снижение микробной эффективности может привести к тому, что почвы будут хранить меньше углерода в долгосрочной перспективе. Меньше углерода преобразуется в стабильную органическую форму, а больше выделяется в атмосферу в виде CO₂. Это может превратить важный поглотитель углерода в его источник, усугубляя изменение климата.

Как отмечает старший автор Майкл Стрикленд из Университета Айдахо, силы изменения окружающей среды действуют не изолированно. Тепло, антибиотики и их комбинация по-разному влияют на почвенные микробные сообщества.

По словам Джейн Лукас, понимание того, как множественные стрессоры формируют почвенные микробы, критически важно для поддержания здоровья почв в условиях глобальных изменений. Помимо общих мер по смягчению последствий изменения климата, ограничение попадания антибиотиков в окружающую среду может помочь защитить почвы.