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Increased soil moisture intensifies the impacts of forest-to-pasture conversion on methane emissions and methane-cycling communities in the Eastern Amazon

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Venturini, Andressa M. ; Dias, Naissa M. S. ; Gontijo, Julia B. ; Yoshiura, Caio A. ; Paula, Fabiana S. ; Meyer, Kyle M. ; Nakamura, Fernanda M. ; da Franca, Aline G. ; Borges, Clovis D. ; Barlow, Jos ; Berenguer, Erika ; Nusslein, Klaus ; Rodrigues, Jorge L. M. ; Bohannan, Brendan J. M. ; Tsai, Siu M.
Número total de Autores: 15
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: Environmental Research; v. 212, p. 13-pg., 2022-04-06.
Resumo

Climatic changes are altering precipitation patterns in the Amazon and may influence soil methane (CH4) fluxes due to the differential responses of methanogenic and methanotrophic microorganisms. However, it remains unclear if these climate feedbacks can amplify land-use-related impacts on the CH4 cycle. To better predict the responses of soil CH4-cycling microorganisms and emissions under altered moisture levels in the Eastern Brazilian Amazon, we performed a 30-day microcosm experiment manipulating the moisture content (original moisture; 60%, 80%, and 100% of field capacity - FC) of forest and pasture soils. Gas samples were collected periodically for gas chromatography analysis, and methanogenic archaeal and methanotrophic bacterial communities were assessed using quantitative PCR and metagenomics. Positive and negative daily CH4 fluxes were observed for forest and pasture, indicating that these soils can act as both CH4 sources and sinks. Cumulative emissions and the abundance of methanogenesis-related genes and taxonomic groups were affected by land use, moisture, and their interaction. Pasture soils at 100% FC had the highest abundance of methanogens and CH4 emissions, 22 times higher than forest soils under the same treatment. Higher ratios of methanogens to methanotrophs were found in pasture than in forest soils, even at field capacity conditions. Land use and moisture were significant factors influencing the composition of methanogenic and methanotrophic communities. The diversity and evenness of methanogens did not change throughout the experiment. In contrast, methanotrophs exhibited the highest diversity and evenness in pasture soils at 100% FC. Taken together, our results suggest that increased moisture exacerbates soil CH4 emissions and microbial responses driven by land-use change in the Amazon. This is the first report on the microbial CH4 cycle in Amazonian upland soils that combined one-month gas measurements with advanced molecular methods. (AU)

Processo FAPESP: 14/50320-4 - Dimensões US-BIOTA - São Paulo: pesquisa colaborativa: integrando as dimensões da biodiversidade microbiana ao longo de áreas de alteração do uso da terra em florestas tropicais
Beneficiário:Tsai Siu Mui
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOTA - Temático
Processo FAPESP: 15/13546-7 - Capacidade de resiliência de comunidades microbianas avaliada por metagenômica e metatranscriptômica em solos de floresta e pastagem da Amazônia
Beneficiário:Andressa Monteiro Venturini
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 15/08564-6 - Prospecção de bioindicadores moleculares da microbiota na rizosfera do milho sob efeito de palhada na mitigação do gás N2O
Beneficiário:Caio Augusto Yoshiura
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 19/25931-3 - Avaliação taxonômica e funcional da comunidade microbiana envolvida na ciclagem do metano em solos da Amazônia Brasileira
Beneficiário:Andressa Monteiro Venturini
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 17/09616-5 - Revelando a microbiota ativa do solo no ciclo do metano na conversão de floresta por marcação isotópica
Beneficiário:Fernanda Mancini Nakamura
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Processo FAPESP: 17/26138-0 - Avaliações taxonômica e funcional da comunidade microbiana envolvidas na ciclagem do metano nos solos da Amazônia Brasileira
Beneficiário:Fabiana da Silva Paula
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 15/19979-2 - Integrando as dimensões da biodiversidade microbiana ao longo de áreas de alteração do uso da terra em florestas tropicais
Beneficiário:Aline Giovana da França
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
Processo FAPESP: 16/11268-2 - Descobrindo os mediadores microbianos do fluxo de gases do efeito estufa: como Azospirillum brasiliense mitiga as emissões?
Beneficiário:Caio Augusto Yoshiura
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Processo FAPESP: 17/09643-2 - Comunidades microbianas do solo na conversão floresta-pastagem: uma abordagem multi-ômica
Beneficiário:Andressa Monteiro Venturini
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Processo FAPESP: 17/09952-5 - Revelando a microbiota ativa do solo no ciclo do metano na conversão de floresta por marcação isotópica: parte II
Beneficiário:Fernanda Mancini Nakamura
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Processo FAPESP: 15/12282-6 - Microcosmos e o papel da microbiota ativa no ciclo do metano em solos sob florestas e pastagem da amazônia oriental
Beneficiário:Fernanda Mancini Nakamura
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 18/14974-0 - Dinâmica das comunidades microbianas associadas aos ciclos do metano e enxofre em solos amazônicos
Beneficiário:Júlia Brandão Gontijo
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado