Estrutura e diversidade da comunidade de bactérias e arqueias do solo sob plantio direto

Abstract

Resumo: A cobertura vegetal, a calagem e a riqueza de espécies vegetais agrícolas são práticas importantes para a condução do sistema de plantio direto, pois agem sobre a dinâmica do carbono e temperatura e umidade do solo. Esses fatores regulam e selecionam as populações de bactérias e arqueias. O objetivo geral dessa dissertação foi analisar a estrutura e diversidade da comunidade de bactérias e arqueias do solo em plantio direto sob diferentes manejos de culturas. O primeiro estudo apresenta a ação da riqueza de espécies vegetais agrícolas ao longo do tempo e da planta em desenvolvimento na estrutura e na diversidade da comunidade de bactérias e arqueias do solo sob plantio direto para analisar o efeito da rotação de culturas sobre a atividade biológica e a funcionalidade do solo nessas áreas agrícolas. As análises foram feitas em amostra de solo sob plantio direto há 27 anos, no município de Ponta Grossa-PR, dos tratamentos de sucessão de trigo-soja e rotação de ervilhaca-milho-trigo-soja, durante o período de desenvolvimento do trigo em pré-colheita e da soja em florescimento. Os atributos avaliados foram: estrutura, riqueza e a diversidade da comunidade de bactérias e arqueias; carbono e nitrogênio da biomassa microbiana; carbono orgânico; respiração microbiana; quociente metabólico e microbiano; e diversidade metabólica. A estrutura da comunidade de bactérias e arqueias do solo foi determinada a partir da amplificação e sequenciamento da região V4 do gene 16SrRNA do DNA total do solo. A riqueza de espécies vegetais agrícolas ao longo do tempo não alterou a comunidade de bactérias e arqueias do solo sob plantio direto. A planta foi o fator que modulou a comunidade de bactérias e arqueias do solo, pois as amostragens feitas no período de desenvolvimento do trigo em pré-colheita revelaram maior diversidade de gêneros de bactérias e arqueias, bem como, maior potencial da ciclagem de nutrientes, determinada por meio dos teores de respiração microbiana e da mineralização do nitrogênio. O segundo estudo teve como objetivo relacionar a adição de carbono via resíduo da planta de cobertura e a calagem com a estrutura e a diversidade da comunidade de bactérias do solo, que garantem funções distintas ao sistema. As amostras de solo foram coletadas na área experimental da fazenda da Universidade Federal do Tocantins, no município de Gurupi - TO, no período de florescimento da soja. O delineamento experimental considerou as plantas de cobertura (Panicum maximum cv. Mombaça (alta adição de C) e Pennisetum americanum cv. ADR 300 (baixa adição de C) como as parcelas principais e a adição ou não de calcário como subparcelas. Os atributos avaliados foram: estrutura, riqueza e a diversidade da comunidade de bactérias; carbono e nitrogênio da biomassa microbiana; carbono orgânico total; respiração microbiana; quociente metabólico e microbiano; diversidade metabólica do solo; propriedades químicas do solo; e atributos de raízes. A estrutura da comunidade de bactérias foi identificada após amplificação e sequenciamento da região V4 do gene 16SrRNA do DNA total. O gênero Bacillus foi considerado indicativo do solo sob cobertura de P. americanum cv. ADR 300 (milheto) e o Bradyrhizobium e Rhodoplanes sob P maximum cv. Mombaça. Em relação à calagem, independentemente da planta de cobertura, o solo que recebeu calcário teve maior abundância dos seguintes gêneros: Catellatospora, Nitrospira, Balneimonas, Pedomicrobium, Nocardioides, Pirullula. E o solo sem aplicação de calcário os gêneros mais abundantes foram o Burkholderia, Saccharopolyspora e Canditatus Xiphinematobacter. Os diferentes ambientes e sistemas de culturas em plantio direto atuaram de forma distinta na estrutura e na diversidade da comunidade de bactérias. O manejo alterou a estrutura da comunidade de bactérias e arqueia, a diversidade (Capítulo 1) e a riqueza de gêneros de bactérias e arqueias (Capítulo 2). E por fim, as alterações na comunidade microbiana refletem na funcionalidade do sistema, tais como, aumento da produtividade e da ciclagem de nutrientes, essas últimas analisadas por meio da respiração microbiana e nitrogênio mineralizável. Palavras-chave: 16SrRNA. Glycine max. Triticum aestivum. Panicum maximum cv. Mombaça. Pennisetum americanum cv. ADR 300. Microbioma.

Abstract: Plant cover, liming and richness of agricultural plant species are important practices for managing no-tillage systems, as they act on carbon dynamics and on soil temperature and humidity. These factors regulate and select populations of bacteria and archaea. The general aimed of this thesis was to analyze the structure and diversity of bacteria and archaea community of no-tillage soils under different crop managements. The first study presents the response of the richness of agricultural plant species over time and of the developing plant on the structure and diversity of bacteria and archaea community of no-tillage soil to analyze the effect of crop rotation on biological activity and soil functionality in these agricultural areas. The analyzes were carried out in soil samples, collected in a 27-year experiment under notillage in the city of Ponta Grossa-PR, Brazil for treatments of wheat-soybean and vetch-cornwheat- soybean before wheat harvesting and at soybean flowering. The structure of soil bacteria and archaea community was determined from the amplification and sequencing of the V4 region of the 16SrDNA gene of total soil DNA. The richness of agricultural plant species over time did not alter the community of bacteria and soil archea under no-tillage. The plant was the factor that modulated the community of soil bacteria and archaea, as samples taken before wheat harvesting revealed a greater diversity of bacteria and archaea genera, as well as a greater potential for nutrient cycling, determined by means of microbial respiration levels and nitrogen mineralization. The second study aimed to relate carbon addition via plant cover residue and liming, practices necessary for the cultivation of the soil in Brazilian Cerrado, with the structure and diversity of soil bacteria and archaea community, which guarantee different functions to the system. Soil samples were collected in a experimental area located at the farm of the Federal University of Tocantins, in Gurupi - TO, Brazil, during the period of soybean flowering. The experimental design consisted of cover plants (Panicum maximum cv. Mombaça (high C addition) and Pennisetum americanum cv. ADR 300 (low C addition) as the main plots and the addition or not of lime as the subplots. The structure of bacteria and archaea community was identified after amplification and sequencing the V4 region of the 16SrDNA gene of the total DNA. The genus Bacillus was considered indicative of the soil under P. americanum cv. ADR 300 (millet) and Bradyrhizobium and Rhodoplanes under P maximum cv. Mombaça. In relation to liming, independently of the cover plant, the soil that received lime had greater abundance of Catellatospora, Nitrospira, Balneimonas, Pedomicrobium, Nocardioides, Pirullula. And the soil without limes application the most abundant genera were Burkholderia, Saccharopolyspora and Canditatus Xiphinematobacter. Different crop managements work differently in the structure and diversity of the bacteria and archaea community. The management can alter structure of the bacterial and archaea, diversity (Chapter 1) and the richness of bacterial and archaeal genera (Chapter 2). Finally, changes in the microbial community reflect on the functionality of the system, such as increased productivity and nutrient cycling, the latter analyzed through microbial respiration and mineralizable nitrogen. Key words: 16SrDNA. Glycine max. Triticum aestivum. Panicum maximum cv. Mombaça. Pennisetum americanum cv. ADR 300. diversity indexes. metabolic diversity.