Respostas da comunidade microbiana do solo em área de Cerrado sentido restrito a diferentes tratamentos de adição de nutrientes

Abstract

Solos são ecossistemas complexos que abrigam elevada biodiversidade. O Cerrado, segundo maior bioma da América do Sul e savana tropical caracterizada por uma variedade de formações vegetais, detém sobre seus solos ácidos e distróficos enorme riqueza biológica. As implicações das propriedades químicas do solo sobre a estrutura das comunidades vegetais no bioma são bem conhecidas, mas informações a respeito de como esses fatores atuam sobre a diversidade microbiana e sobre processos ecológicos mediados por microrganismos no solo ainda são escassas. No presente estudo, foram combinadas técnicas de fingerprinting, sequenciamento de alto rendimento do gene 16S rRNA, predição funcional e quantificação de genes nifH para avaliar as respostas das comunidades microbianas do solo (0 - 10 cm) às alterações no pH e na disponibilidade de nutrientes em uma área de cerrado típico sob vegetação nativa submetida à adição experimental de fertilizantes químicos e calagem. O experimento iniciado em 1998, consiste em cinco tratamentos de adição de nutrientes: 1) Controle, sem adições; 2) Ca: calagem; 3) N: adição de nitrogênio; 4) NP: adição de nitrogênio e fósforo em conjunto, e 5) P: adição de fósforo. As aplicações dos fertilizantes foram realizadas por oito anos consecutivos, seguidos de um intervalo de 11 anos sem novas adições e uma aplicação adicional dos mesmos fertilizantes após esse período. As coletas de solo foram realizadas nas estações chuvosa e seca de 2017 (representando 11 anos de intervalo desde a última adição) e 2018 (representando o período de quatro e nove meses após a retomada das adições). Os resultados mostraram forte efeito residual das adições passadas sobre as propriedades químicas do solo que persistiram com o mesmo padrão em 2018: alterações no pH e na disponibilidade de nutrientes entre os tratamentos experimentais comparados ao controle, especialmente no tratamento com calagem. Esses resultados indicam que os efeitos de longo prazo foram mais determinantes para as mudanças observadas que os prováveis efeitos de curto prazo. As mudanças no solo, juntamente com a sazonalidade da precipitação, culminaram em diferentes impactos sobre a composição, diversidade e distribuição das comunidades de Bacteria e Archaea. Foram encontradas diferenças na comunidade microbiana associada ao solo já em nível de filo e uma elevada variabilidade nas respostas entre as subdivisões taxonômicas dentro de cada filo, com alguns taxa aumentando ou reduzindo em abundância e outros encontrados exclusivamente em um único tratamento. Os estimadores ecológicos de diversidade apontaram um aumento na diversidade bacteriana nos solos do tratamento Ca nas estações chuvosa e seca, enquanto a diversidade de Archaea foi maior nos tratamentos N, NP e P. Sazonalmente, maior diversidade bacteriana foi encontrada durante a estação seca nos tratamentos N e Ca. Análises de β-diversidade com base na distância ponderada UniFrac indicou diferenças na composição da microbiota associada aos solos. Essas diferenças foram relacionadas principalmente ao pH, tipo de vegetação presente, concentrações de amônio e teor gravimétrico de água nos solos. Contrariamente aos estimadores de diversidade, a predição funcional baseada no gene 16S rRNA sugeriu a redução na abundância de diferentes enzimas relacionadas às vias metabólicas do carbono, enxofre e nitrogênio no tratamento Ca. Corroborando este último resultado, houve uma redução na quantidade relativa de genes nifH neste tratamento. Também houve redução no número de genes nifH entre os tratamentos N, NP e P. Durante a estação seca, a quantidade relativa de genes nifH diminuiu em solos dos tratamentos controle, N e NP. O conjunto de resultados gerados no presente estudo destacam os consistentes impactos de longo prazo das adições de nutrientes sobre o pH do solo e, consequentemente, sobre a microbiota e suas funções ecológicas. Foram observadas pronunciadas alterações na comunidade microbiana e sugere-se que o aumento da diversidade ecológica e taxonômica na área experimental pode estar mais relacionado à sobreposição de nichos ecológicos e redundância funcional. Além disso, considerando que mesmo após 11 anos sem novas adições de nutrientes os atributos do solo permaneceram alterados na área experimental juntamente com a potencial redução nos aspectos funcionais observados, os resultados representam indicadores preliminares, mas significativos, de potenciais riscos ecológicos associados a respostas da comunidade microbiana em solos perturbados.