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Microbiologia do Solo: Formação do Solo,
Microrganismos, Funções
CCB / MIP
Disciplina: Ecologia Microbiana
Szabolcs (1994)
1.Introdução
Formação do Solo- Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo)
Material de origem (rochas)
PROCESSOS
TEMPO(controlado pelo relevo)
CLIMA E ORGANISMOS
Definição:Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmus
Parte sólidaPoros
25%
25%
45%
5%
Composição de um Solo Hipotético
• Minerais: – Sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K
– P, S, Mn, Na...
• Matéria orgânica: origem vegetal, animal e microbiana
– insolúvel (húmus): melhora a estrutura, libera nutrientes
• efeito tampão, retenção de água
– solúvel: produtos da degradação de polímeros complexos:
• Açúcares, fenóis, aminoácidos
Constituintes do Solo
• Água– livre: poros do solo– adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
• Gases: CO2, O2, N2 ...
– composição variável em função dos processos biológicos
Constituintes do Solo
• Sistemas biológicos:
– plantas– animais– Microrganismos: grande diversidade e abundância
Constituintes do Solo
O Ambiente Solo
(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)
O Solo O Solo como como
HabitatHabitat
Moreira & Siqueira, 2006
MACROFAUNA
BACTÉRIAS
FUNGOS
NODULAÇÃO
MICORRIZAS
Interações tróficas no solo
Raízes Restos Exsudatos
Plantas
Nematóides Fungos Bactérias
Nematóides Colêmbolas Ácaros Protozoários Oligoquetas
Colêmbolas predadoras
Nematóides predadores
Insetos predadores
Ácarospredadores
Mamíferose pássaros
Siqueira & Moreira (2002) Trannin & Siqueira (2003)
A BIOTA DO SOLOA BIOTA DO SOLOPARTÍCULAS SOZINHAS NÃO FAZEM UM BOM SOLO...Em cada kg de solo fértil tem-se em torno de:• 500 bilhões de bactérias• 10 bilhões de actinobacterias• 1 bilhão de fungos• 0,5 bilhão de invertebrados microrcópicos• 1000 km de hifas e vários de raízes• Numerosos vertebrados macroscópicos• Não são estáticos e sim muito dinâmicos• São bons aliados e uma grande riqueza natural• São ignorados devido ao caráter microscópico• São mais conhecidos pelos efeitos deletérios
Os microrganismos garantem a qualidade do solo
ALTA DIV
ERSIDADE
Organismos/g de solo x103 Profundidade
(cm) Bactérias aeróbicas
Bactérias anaeróbicas
Actinomicetos Fungos Algas*
3 - 8 7800 1950 2080 119 25 20 - 25 1800 379 245 50 5 35 - 45 472 98 49 14 0,5 65 - 75 10 01 05 06 0,1 135 - 145 01 0,4 - 03 - *Inclui cianobactérias
Distribuição de microrganismos em vários horizontes do perfil (Starc, 1942 apud Alexander,
1977)
Classificação Ecológica dos Microrganismos do Solo
- Autóctones (indígenas) = população de microrganismos pouco afetada pela adição de nutrientes ao solo, vivendo às custas dos resíduos em estágios avançados de decomposição
- Zimógenes (fermentativos) = população de microrganismos estimulada pela adição de resíduos ao solo, principalmente os resíduos facilmente decomponíveis
• Bactérias: – grupo mais numeroso e mais diversificado
3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco
• limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas
• heterotróficos são mais facilmente detectados
Gêneros mais freqüentes: • Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia,
Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios
• Cianobactérias: pioneiras, fixação de N2
A microbiota do solo
Streptomyces
“Mais de 4 000 espécies bacterianas diferentes em
100 g de solo”
Torsvik et al. 1994 (Técnicas de reassociação de
DNA extraído do solo).
Menos de 1% das espécies microbianas conhecidas
(não cultiváveis –não crescem em meio de cultura,
e.g. fungos micorrízicos arbusculares)
Solo Heterogêneo, dinâmico e complexo - Grande parte dos recursos genéticos desconhecida
Função destes microorganismos???
• Fungos:
– 5 x 103 - 9 x 105 por g de solo seco
– limitados à superfície do solo
– favorecidos em solos ácidos
– ativos decompositores de tecidos vegetais
– melhoram a estrutura física do solo
Gêneros mais freqüentes:
• Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma
A microbiota do solo
• Algas– 103 - 5 x 105 por g de solo seco
– abundantes na superfície
– acumulação de matéria orgânica: solos nus, erodidos
• Protozoários e vírus
- equilíbrio das populações
- predadores de bactérias
- parasitas de bactérias, fungos, plantas, ...
A microbiota do solo
Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema
Siqueira & Trannin, 2003
-(Constanza et al. Nature,1997:Valor dos serviços dos
ecossistemas terrestres e capital natural: U$34
trilhões, Ciclagem de nutrientes global anual U$17
trilhões (Inclui a FBN)
- Decomposição da matéria orgânica e produção de
húmus
- Controle biológico de patógenos
- Alteração das características físicas do solo (e.g.
agregação)
- Produção de metabólitos diversos: antibióticos,
ácidos orgânicos, hormônios, alelopáticos
- Decomposição de xenobióticos - Nutrição vegetal. Fixação biológica de N2
Soja no Brasil: Economia de US$ 3.0 bilhões
anual
Funções dos Microrganismos
REDUNDÂNCIA FUNCIONAL:
Várias espécies de microrganismos realizam o mesmo processo, i.e., têm a mesma função.
– Garante RESILIÊNCIA (recuperação) dos processos no solo- Cada espécie microbiana realiza várias funções.
E. g.Azospirillum brasilense , Bradyrhizobium japonicum – fixadores de N2 e desnitrificadores.
Outros fixadores de N2 participam dos Ciclos do C, P, S, etc.
Visão Esquemática do Solo como uma Visão Esquemática do Solo como uma Máquina DecompositoraMáquina Decompositora
Disponibilização de Nutrientes
- Mineralização
- Imobilização
- Oxi-redução
S0 + H2O + 1,5O2 → H2SO4 → 2H+ + SO42-
MnO2 + 4H+ → Mn2+ + 2H2O
- Solubilização
Ca5OH(PO4)3 + H+ → 5Ca2+ + H2O + 3PO43-
AlPO4 + 2H+ → Al3+ + H2PO4-
FePO4 + 2H+ → Fe2+ + H2PO4-
- Fixação Biológica de Nitrogênio
- Micorrizas
Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo
Modificado de Rillig & Mummey (2006)Miller & Jastrow (1992)
Microrganismos e Agregação do solo.
Fungos Fungos filamentososfilamentosos
Polissacarídeos e hifasPolissacarídeos e hifasde fungos comode fungos como
agentes agregantesagentes agregantesde partículas do solode partículas do solo
(Robert & Chenu,(Robert & Chenu,1992)1992)
11 22
Derxia gumosa – isolada de raízes de Oryza perenne em solo de várzea da região Amazônica.1- Células em microscópio com contraste de fase, notar goma em volta das células.2 – Aspecto da colônia em placas.
Cortesia F.M.S. Moreira
RIZOSFERAHiltner (1904) – zona de influência das raízes- 0,01 a 3 mm da Hiltner (1904) – zona de influência das raízes- 0,01 a 3 mm da superfíciesuperfície
Rizosfera: O Paraíso dos Microrganismos do Solo(Antagonistas e Patógenos)
RizosferaRizosfera
A Grande Maioria é Benéfica
O Efeito RizosféricoO Efeito Rizosférico
Compostos Excretados pelas Plantas na Rizosfera (Rizodeposição)
Modificado de Alexander, 1977; Curl & Truelove, 1986
Actinobactérias
Actinobactérias
(R) (S)
A Redução da Diversidade Facilita o Desequilíbrio Biológico nos Agrossistemas
Microrganismos Antagonistas
Fitopatógenos = Espécies fúngicas dos gêneros Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Stachybotris, Alternaria, etc
Efeito do tempo de monocultivo no favorecimento de fungos fitopatogênicos para as culturas do trigo e maçã
(Vancura & Kunc, 1988, 1989)
FungosPatógenos
(% total)Fungos
PatógenosActinobacterias
Processos Biológicos do Solo: Suas Inter-relações e Funções no Ecossistema
Siqueira & Trannin, 2003
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