Микробиом почвы и сельскохозяйственных культур при внесении компоста куриного помета

Abstract

The aim of the study. The aim of the study was to review publication about microbiome of chicken manure, chicken manure compost, as well as soil and crop microbiome after compost addition to soil as a fertilizer. Methodology. A search in the bibliographical data bases PubMed and elibrary.ru was performed using the keywords pertaining to the topic of the article. Main results. The results about the chicken manure microbiome, obtained by high throughput sequencing, showed that the chicken gut microbiome is dominated by bacteria of the Firmicutes and Bacteroidetes phyla; some regional chicken populations were found to have Clostridium, Lactobacillus, Eubacterium, Bacteroides, Escherichia coli, Prevotella, Selenomonas, Streptococcus, Megasphaera, Fusobacterium и Bifidobacterium as the main representatives of the gut microbiome. However, chicken manure can contain bacteria with antibiotic resistance genes, as antibiotics are increasingly used in the poultry industry to stimulate production. In general manure composting can be regarded as environmentally safe method for transforming various organic wastes into organic fertilizers. As increasing output of the poultry industry, which inevitably includes manure, increased the interest to its composting, and recent years have seen unprecedented number of research, dealing with various details of manure composting, such as duration, hydrothermal conditions, added bulking materials, microbiological preparations, abundance of the antibiotic resistance genes, and so on. However, the studies of soil and crop microbiome after soil fertilization with chicken manure compost have so far been rather scarce, resulting in ambiguous conclusions, i.e. about positive or no effect of the compost addition. The effect is determined by species, breed, age, rearing and manure composting technology, as well as by crop and its cultivar, agricultural practices and soil specifics. Conclusions. Chicken manure contains taxonomically diverse microbiome that can be changed during composting. Microbiota of chicken manure and its compost with their great microbial species richness can contain bacteria, carrying antibiotic resistance genes. Dispersal of such components of the compost resistome in environment via compost addition to agricultural soils should be regarded as a growing biological hazard, threatening the efficient use of antibiotics for treating bacterial infections in in veterinary and medicine. Therefore increasing poultry production urges for assessing the risks and evaluating the scope of the threat, as well as estimating and establishing permissible limits of pathomicrobiotic load of the poultry litter manure and compost, using up-to-date metagenomic techniques. The greatest concern is about spreading antibiotic resistance genes into the marketable crop components, consumed raw; consequently, alongside with studying microbiota of the compost-receiving agricultural soil as a source of dust, microbiome research should be also focused crop phytobiome where crops are produced under addition of composts, obtained with manure of the antibiotic-treated poultry during industrial production.Цель исследования: Проанализировать опубликованные результаты исследований микробиома куриного помета, компоста на основе такого помета, а также почвы и растений после внесения компоста в качестве удобрения. Методология. Поиск опубликованных результатов в международной (PubMed) и российской (elibrary.ru) базах данных, по ключевым словам, соответствующим цели настоящего обзора. Основные результаты. Полученные с помощью методов высокопроизводительного секвенирования результаты исследований микробиома куриного помета установили, что в кишечном микробиоме кур доминируют бактерии, относящиеся к типам Firmicutes и Bacteroidetes; в некоторых региональных популяциях кур наиболее часто встречающимися родами являются Clostridium, Lactobacillus, Eubacterium, Bacteroides, Escherichia, Prevotella, Selenomonas, Streptococcus, Megasphaera, Fusobacterium и Bifidobacterium. Однако в птичьем помете могут встречаться бактерии, несущие гены резистентности к антибиотикам, которые активно используют в птицеводстве с целью увеличения продукции. Компостирование является безвредным для окружающей среды путем трансформации различных органических отходов в органические удобрения, ставшим особенно актуальным в настоящее время в связи с ростом отходов птицеводства: в последнее время увеличилось число и детальность исследований, посвященных компостированию птичьего помета (времени, гидротермических условий, состава, используемых микробиологических препаратов, обилия генов АБР и т.п.). Результаты пока еще относительно немногочисленных работ по изменению почвенного бактериобиома и фитобиома сельскохозяйственных культур под влиянием внесения компоста на основе куриного помета в качестве удобрения привели к неоднозначным выводам как о положительном влиянии, так и об отсутствии такового. Эта неоднозначность зависит от многих факторов – от вида, породы, возраста, технологии выращивания птиц, технологии компостирования, культуры и сорта сельскохозяйственных растений, технологии их возделывания и специфики почвенного субстрата. Заключение. Куриный помет содержит разнообразный в таксономическом плане микробиом, который может изменяться при компостировании. Среди богатого видового состава помета и компоста на его основе могут содержаться бактерии, несущие гены антибиотикорезистентности (АБР). Распространение составляющих таких компостных резистомов в окружающей среде при внесении компоста в почву сельскохозяйственных экосистем в настоящий момент можно определить как нарастающую угрозу эффективности применения антибиотиков для лечения инфекционных заболеваний в медицине и ветеринарии. Оценка рисков и масштабов этой угрозы, а также в целом патомикробиотической нагрузки в подстилочном компосте современными метагеномными методами требуют изучения в связи с активным ростом производства в птицеводстве. Наибольшую озабоченность в плане распространения генов АБР вызывает их проникновение в товарные части растениеводческой продукции, употребляемой в сыром виде; в связи с этим особое внимание, наряду с удобренной пахотной почвой как источником пыли, необходимо уделять исследованию компонентов фитобиома сельскохозяйственных культур, выращиваемых при внесении компостов помета с птицефабрик, где производство ведут с применением антибиотиков