Diversidade de comunidades bacterianas de solo de cerrado em resposta a diferentes alterações dos ecossistemas

Abstract

A composição e estrutura de comunidades bacterianas de solos de cerrado em áreas nativas submetidas à adição de nutrientes, invasão por espécies de gramíneas exóticas e em áreas convertidas a pastagens submetidas a plantio de espécies arbóreas foram avaliadas neste trabalho. No primeiro caso, amostras de solo foram coletadas em uma área de cerrado sentido restrito na Reserva Ecológica do IBGE (Brasília, DF, Brasil) onde foram estabelecidas 20 parcelas experimentais de 225m2 (cinco por tratamento) Entre 1998 e 2006 foram aplicados 100 kg.ha.ano-1 de N (tratamento N), 100 kg.ha ano-1 de P (tratamento P), 100 kg.ha.ano-1 de N e P em combinação (tratamento NP) e 4 t.ha.ano-1 de Ca (tratamento Ca). As parcelas fertilizadas foram comparadas com parcelas não fertilizadas (controle). As características químicas dos solos diferiram significativamente entre os tratamentos. As análises da comunidade bacteriana do solo foram realizadas através da técnica de pirosequenciamento. Observou-se diferenças entre as amostras dos tratamentos de adição de nutrientes e também entre amostras coletadas nas estações seca e chuvosa. Os filos mais abundantes (Acidobacteria, Proteobacteria, Planctomycetes e Verrumicrobia) foram os que apresentaram maiores diferenças entre os tratamentos com aumento ou decréscimo da abundância relativa de acordo com o tratamento. Entre os filos menos abundantes, maiores diferenças foram observadas para os filos Armatimonadetes e Elusimicrobia, também com aumento ou decréscimo da abundância relativa de acordo com o tratamento. Entre os filos mais abundantes, as diferenças entre estações foram maiores para Planctomycetes, Proteobacteria e Firmicutes enquanto para os filos menos abundantes, as diferenças foram mais marcantes para Armatimonadetes e Elusimicrobia, com aumento da abundância relativa. Os efeitos da invasão por espécie de gramínea exótica sobre a comunidade bacteriana do solo foram verificados através de coletas em situação de campo e através de experimento em casa de vegetação. Em campo foram realizadas coletas de solo rizosférico associado a indivíduos das gramíneas Melinis minutiflora (exótica) e Echinolaena inflexa (nativa). Observou-se maior concentração de nutrientes no solo rizosférico de M. minutiflora em relação a E. inflexa. A análise de géis de DGGE indicou diferenciação das comunidades bacterianas de solo entre as espécies, bem como diferenças relacionadas à sazonalidade. Os efeitos da interação entre as gramíneas foram analisados no experimento em vasos. A diferenciação da comunidade bacteriana do solo entre as espécies foi observada tanto em monocultura como nos vaso com interação das duas espécies. As áreas convertidas em pastagem e submetidas ao plantio de arbóreas localizam-se em uma fazenda particular no município de Paracatu, Minas Gerais. As coletas de solo foram realizadas em: 1. área de cerrado sentido restrito adjacente, 2. área de pastagem em uso e 3. área de pastagem com arbóreas. As análises da comunidade bacteriana do solo foram realizadas através da técnica de pirosequenciamento As concentrações de nutrientes no solo diferiram entre as três áreas estudadas. Observou-se diferenças nas comunidades bacterianas do solo nas áreas de pastagem e a área de cerrado nativo, bem como os efeitos da sazonalidade. Os filos mais abundantes - Acidobacteria e Planctomycetes - foram os que apresentaram maiores diferenças entre os tratamentos e entre estações, aumentando sua abundância relativa. Entre os filos menos abundantes, o filo Armatimonadetes apresentou maior diferença, com aumento da abundância relativa. Os resultados indicam que alterações induzidas pela adição de nutrientes e invasão biológica em áreas nativas de Cerrado bem como a conversão em pastagens afeta a abundância e composição de comunidades bacterianas do solo e que essas respostas interagem com a sazonalidade da precipitação. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this study we characterized the effects of nutrient addition, reforestation, invasion by exotic grass species, and conversion to pasture on the composition and structure of bacterial communities in Cerrado soils. To evaluate the effect of nutrient addition, 20 plots (five plots/treatment, 225 m2 each) were established in a Cerrado sentido restrito area of Reserva Ecológica do IBGE (Brasília, DF, Brasil). From 1998 to 2006 the plots were treated with: 1) ammonium sulfate (N treatment, 100 kg ha-1 year-1 ), 2)single superphosphate (P treatment, 100 kg ha-1 year-1), 3)ammonium sulfate and single superphosphate (N/P treatment, each 100 kg ha-1 year-1), 4) limestone and gypsum (Ca treatment, 4t ha-1 year-1), or 5) left untreated (control). Pyrosequencing results showed that bacterial communities differed significantly between fertilized and unfertilized soils and between samples collected in wet and dry seasons. The most abundant phyla (Acidobacteria, Proteobacteria, Planctomycetes, and Verrucomicrobia) showed the greatest differences overall with increased or decreased in relative abundance depending on the treatment. Among less abundant phyla, Armatimonadetes and Elusimicrobia showed the greatest differences also with increased or decreased in relative abundance depending on the treatment. Effects of seasonality were most pronounced in Planctomycetes, Proteobacteria, and Firmicutes (among the most abundant phyla) and in Armatimonadetes and Elusimicrobia with increased relative abundance (among the least abundant phyla). Effects of exotic grass invasion were evaluated in a greenhouse experiment and in the field by analyzing rhizosphere soil associated with Melinis minutiflora (exotic) and Echinolaena inflexa (native). We found that nutrient concentrations were higher in the rhizosphere of M. minutiflora than in that of E. inflexa. In addition, denaturing gradient gel electrophoresis analysis revealed that bacterial communities differed significantly between rhizospheres of the two species and between soil samples collected in wet and dry seasons. Interactions between grass species were evaluated in a pot experiment in which the two species were grown either together or separately. The results revealed that each grass species was associated with a distinct bacterial community under both conditions. The effects of conversion to pasture and reforestation were evaluated at a private farm near the city of Paracatu, Minas Gerais. Soil samples were collected in: 1) a Cerrado sentido restrito area, 2) a pasture that was in use, and 3) a pasture planted with tree species. We found that nutrient concentrations differed among the three soil areas. In addition, pyrosequencing analysis revealed that bacterial communities differed among soil areas and between wet and dry seasons. The most abundant phyla (Acidobacteria and Planctomycetes) showed the greatest differences overall; among the less abundant phyla, Armatimonadetes showed the greatest differences. The results indicate that changes induced by the addition of nutrients and biological invasion in native Cerrado areas as well as the conversion into grassland affects the abundance and composition of soil bacterial communities and that these responses interact with the precipitation and seasonality.