Entendendo a emissão de óxido nitroso de sistemas agrícolas através de características ecofisiológicas funcionais dos microrganismos oxidadores de amônia

Resumo

A emissão de óxido nitroso (N2O) em agroecossistemas tropicais ocorre predominantemente por meio da nitrificação, devido a condições bem aeradas que raramente favorecem a desnitrificação. A nitrificação, um processo chave no ciclo do nitrogênio (N), converte amônio em nitrato. A etapa limitante desse processo é a oxidação da amônia, realizada por microrganismos oxidadores de amônia (OA), como bactérias oxidadoras de amônia (AOB), arqueas oxidadoras de amônia (AOA) e outras bactéricas oxidadoras completas de amônia a nitrato (comammox). Esses organismos desempenham papéis distintos na produção de N2O sendo que as AOB geralmente produzem mais N2O em comparação com as AOA. Compreender a diferenciação de nichos entre AOB, AOA e comammox é crucial para prever e mitigar as emissões de N2O em agroecossistemas. AOB e AOA ocupam nichos diferentes com base no pH do solo e nas concentrações de substrato. AOA tendem a oxidar amônia de fontes orgânicas devido à maior afinidade pelo substrato, o que permite que esse grupo cresça em ambientes com menor concentração de amônio, enquanto as AOB tendem a oxidar amônia derivada de fertilizantes devido à sua menor afinidade pelo substrato, o que permite que cresçam em solos ricos em amônio. Por exemplo, entradas de fontes orgânicas resultam em menor conteúdo de amônio no solo do que fertilizantes inorgânicos à base de amônio (como sulfato de amônio, ureia e nitrato de amônio), devido à liberação mais lenta de amônio durante a mineralização do nitrogênio orgânico. Consequentemente, as fontes orgânicas favorecem as AOA, enquanto os fertilizantes inorgânicos favorecem as AOB. No entanto, foram observadas diferenças dentro dos grupos AOB e AOA, onde certas linhagens de AOA têm afinidades por substrato semelhantes às de alguns grupos de AOB, enquanto outras linhagens não crescem em ambientes com alta concentração de N-amoniacal. Portanto, práticas agrícolas que alteram as concentrações de amônio no solo podem impactar as populações de OAs com base em suas características de utilização de recursos. As culturas de cobertura, amplamente utilizadas para melhorar a saúde do solo e a sequestro de carbono, também influenciam a disponibilidade de nitrogênio inorgânico e as emissões de N2O. Culturas de cobertura leguminosas, com relações C/N mais baixas, liberam nitrogênio inorgânico rapidamente, potencialmente aumentando as populações de AOB e AOA com menores afinidades pelo substrato. Culturas de cobertura gramíneas, com relações C/N mais altas, imobilizam o nitrogênio inorgânico, favorecendo as linhagens de AOA com alta afinidade pelo substrato. Compreender essas interações é essencial para otimizar agroecossistemas para maximizar o sequestro de carbono, ao mesmo tempo em que minimiza as emissões de N2O. Este projeto visa investigar o impacto de diferentes espécies de culturas de cobertura na composição de AOB, AOA e comammox ativos em solos agrícolas onde o N é fornecido por diferentes substratos de N (orgânico e inorgânico). Ao avaliar microcosmos de solo com vários tratamentos de culturas de cobertura, avaliaremos como diferentes substratos de N influenciam as comunidades de OAs e sua contribuição para as emissões de N2O. Os resultados informarão práticas de manejo agrícola sustentável para mitigar as emissões de gases de efeito estufa e melhorar a saúde do solo.