Microbiologia do solo e os ciclos biogeoqumicos

IntroduoAtividades biolgicasSolo: maior reservatrio de microrganismos do planetadireta ou indiretamentre recebe todos os dejetos dos seres vivosocorrendo a transformao da matria orgnica em substncias nutritivas1 hectare de solo contm cerca de 0,5-4 toneladas de microrganismos

Introduo

(Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)O ambiente solo

O efeito rizosfricoRizosferaRegio onde o solo e as razes das plantas entram em contato

Perfil do soloDefinio:Em agricultura e geologia, solo a camada que recobre as rochas, sendo constitudo de propores e tipos variveis de minerais de hmusSolos mineraisSolos orgnicosCentenas de anos

Presena de microrganismos heterotrficos nas vriasprofundidades do soloProfundidade UmidadeMat. orgnicaBactriasFungos (cm) (%) (%) (x 106)/g (m/g) aerbias anaerbias0 - 8 18,2 4,4 242,7280

8 - 20 10,0 1,5 3,10,4 43

20-40 11,5 0,5 1,90,4 0

40-60 13,5 0,6 0,90,04 0

60-80 7,9 0,4 0,70,03 0

80-100 5,3 0,4 0,150,01 0

Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

Bactrias: grupo mais numeroso e mais diversificado3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco

limitaes impostas pelas discrepncias entre tcnicasheterotrficos so mais facilmente detectados

Gneros mais frequentes:

Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, RizbiosCianobactrias: pioneiras, fixao de N2A microbiota do solo

Fungos:

5 x 103 - 9 x 105 por g de solo secolimitados superfcie do solofavorecidos em solos cidosativos decompositores de tecidos vegetais: peroxidases, lacases, etc.melhoram a estrutura fsica do solo

Gneros mais freqentes:Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, TrichodermaA microbiota do solo

Algas103 - 5 x 105 por g de solo secoabundantes na superfcieacumulao de matria orgnica: solos nus, erodidosProtozorios e vrus

- equilbrio das populaes- predadores de bactrias- parasitas de bactrias, fungos, plantas, ...A microbiota do solo

IntroduoOs ciclos biogeoqumicosCiclo do CarbonoCiclo do NitrognioCiclo do Fsforo

Os ciclos biogeoqumicos e os microrganismos

O Carbono nos ecossistemasO Carbono compe 18% da massa na terra: aminocidos, protenas, cidos nuclicos (DNA), lipdios, carboidratos0.03% da atmosfera CarbonoPrincipais gases que envolvem a terra: CO2 e CH4Carbono como medida de produtividade

1 Pg = 1,000,000,000,000,000 gquatrilhes100.1021 g150.1016 g380.1017 g4.1018 g

Fixao/liberao de CCO2 fixado via fotossntese (autotroficamente em compostos biolgicos) com liberao de O2

Calcula-se que cada molcula de CO2 da atmosfera fixada via fotossntese a cada 300 anos

CO2 na atmosfera/ano (bilhes de toneladas)Outros

CO2 aumentou em 30% desde a revoluo industrialA maioria desse aumento devido a queima de combustveis fsseis e mudanas no uso da terra (desmatamento, queimadas, etc.)O Carbono e o aquecimento global

Moreira & Siqueira, 2006Transformaes e Ciclagem de C, N, P e S no Sistema Solo-Planta Mediados pela Microbiota do Solo*

Fertilizar os oceanos com Fe para aumentar as populaes de algas (fitoplncton) e outros microrganismos como Prochlorococcus e Synechococcus que absorvem quantidades enormes de CO2Prochlorococcus e Synechococcus (cianobactrias) absorvem cerca de 700 bilhes de toneladas de CO2 por ano, o que 2/3 de todo o CO2 fixado anualmente nos oceanosMicrorganismos e as solues

Utilizao de certos microrganismos para a extrao de biocombustveisUtilizao de microrganismos geneticamente modificados para aumentar a produtividade de plantas para extrao de leo (biocombustveis)Utilizao de celulose (hemicelulose) para produzir etanolSulfolobus solfatarius - archaeaTrichonympha sp. - protozorioTrichoderma reesei - fungoMicrorganismos e as solues

O ciclo do NitrognioO Nitrognio compe 80% dos gases da atmosfera

Est presente em aminocidos, protenas, cidos nuclicos (DNA, RNA), clorofila, etc.

Fixao do N2 atmosfrico necessria para que o mesmo possa ser utilizadoFixao biolgica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrpica (Haber-Bosch)

O ciclo do NitrognioFormas quimicamente disponveis de N: amnio (NH4+), nitrato (NO3-), e uria ((NH2)2CO)Elemento verstil que pode ser encontrado na forma orgnica e inorgnica

O ciclo do Nitrognio

Fixao/liberao de N5 processos principais ciclam N:Fixao (biolgica ou no)Absoro (microbiana)Mineralizao (decomposio)NitrificaoDesnitrificao

Os microrganismos (notadamente bactrias) tm um papel fundamental na ciclagem do NBactrias de vida livreBactrias simbiticas

Fixao do NN2 NH4+ ou NO3-nica forma que os organismos conseguem obter N da atmosferaSimbiontes como Rhizobium + legumes, Frankia + Alnus, etc.: N em troca por carboidratos e ambiente favorvelFixadores de vida livre (ambientes aquticos principalmente): Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium

Associao simbitica rizbio-leguminosa (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

Absoro do NNH4+ N orgnicoNH4+ rapidamente incorporado em protenas e outros compostos nitrogenados orgnicos pelas plantas ou organismos do soloConsumidores no topo da cadeia alimentar usam esse nitrognio fixado

Mineralizao do NN orgnico NH4+ Decomposio: N orgnico transformado em N inorgnico (NH4+) por fungos e bactrias - actinobacterias, fungos e bactrias modificam o N da MO de NH3+ a NH4+Esse NH4+ pode ento ser usado por plantas ou transformado a NO2- e NO3- via nitrificao

NitrificaoNH4+ NO2- NO3-Bactrias transformam amnio a nitrato ganhando energiaOcorre apenas em ambientes aerbicosNH4+ se adsorve as partculas de solo com carga negativaNO3- lixiviado com reduo da fertilidade do solo e contaminao do lenol freticoNitrossomonasNitrobacter

DesnitrificaoNO3- NO2- NO N2O N2Processo anaerbico feito por bactrias desnitrificadorasN2O um gs de efeito estufaEsta a nica transformao que remove N dos ecossistemas (irreversvel) e faz o balano do ciclo do N

Atividades humanasQueima de florestas e de combustveis fsseis colocando N na atmosferaFertilizao qumica que pode lixiviar-se para os corpos dguaCriao de animais com produo de NH3+ que pode entrar nos corpos dgua e no soloDerrame de excrementos em corpos dgua

Efeitos nocivos da deposio de NMudana da composio vegetal dos ecossistemas (reduo da diversidade)

Formao de cido ntrico (HNO3) responsvel, junto com dixido de enxofre (SO2), pelas chuvas cidas

Altas concentraes de N nos rios causam eutrofizao, reduzindo a diversidade dos ecossistemas aquticos

FsforoO fsforo essencial para plantas e animais na forma dos ons PO43- e HPO42- (ortofosfato)

Faz parte de molculas como cidos nuclicos (DNA), energticas (ATP e ADP), de clulas lipdicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de clcio (ossos, dentes, etc.) ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e protenas

O ciclo do FsforoEncontrado em formaes rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa

Encontrado em pequenas quantidades, por isso um fator limitante

A ciclagem do fsforo uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos)

No solo pode ser adsorvido por partculas do solo, tornando-se, assim, imobilizado

FsforoTrs formas de fsforo nos solos:Fsforo orgnico: na matria viva, plantas, microrganismos, etc.

Fsforo solvel: disponvel. Orgnico bem como ortofosfato. Menor proporo de P do solo

Fsforo adsorvido: indisponvel. Anionicamente ligado a ctions de Al, Fe e Ca.

O ciclo do FsforoO ciclo do fsforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo:

No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecolgico

Nos sedimentos ele faz parte da poro classificada em tempo geolgico. Somente ser mobilizado milhes de anos mais tarde

O ciclo do Fsforo

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