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Ecologia do Solo

Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana. Ecologia do Solo. Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares. Introdução. Szabolcs (1994). Formação do Solo. - Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo) . CLIMA E ORGANISMOS. PROCESSOS. TEMPO

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Presentation Transcript

  1. Pós-graduação em Agroecossistemas Disciplina: Ecologia Microbiana Ecologia do Solo Prof. Cláudio Roberto F. S. Soares

  2. Introdução Szabolcs (1994)

  3. Formação do Solo - Solo = f (material de origem, clima, organismos, relevo e tempo) CLIMA E ORGANISMOS PROCESSOS TEMPO (controlado pelo relevo) Material de origem (rochas)

  4. Definição: • Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais e húmus

  5. Composição de um Solo Hipotético 25% 45% Poros Parte sólida 25% 5%

  6. Constituintes do Solo • 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

  7. Constituintes do Solo • Água • livre: poros do solo • adsorvida: ligada aos colóides (argilas) • Gases: • CO2, O2, N2 ... • composição variável em função dos processos biológicos

  8. Constituintes do Solo • Sistemas biológicos: • plantas • animais • Microrganismos: grande diversidade e abundância

  9. O Ambiente Solo (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

  10. O Solo como Habitat Moreira & Siqueira, 2006

  11. MACROFAUNA

  12. BACTÉRIAS

  13. FUNGOS

  14. NODULAÇÃO

  15. MICORRIZAS

  16. A BIOTA DO SOLO A BIOTA DO SOLO PARTÍCULAS 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 • ALTA DIVERSIDADE 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

  17. Distribuição de microrganismos em vários horizontes do perfil (Starc, 1942 apud Alexander, 1977) *Inclui cianobactérias 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

  18. A microbiota do solo • 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 Streptomyces

  19. “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 microrganismos???

  20. A microbiota do solo • 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

  21. 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, ...

  22. REDUNDÂNCIA FUNCIONAL: Várias espécies de microrganismos realizam o mesmo processo, i.e., têm a mesma função. – GaranteRESILIÊNCIA(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.

  23. Contribuição dos Microrganismos para a Formação ou Estabilização de Agregados do Solo Modificado de Rillig & Mummey (2006) Miller & Jastrow (1992)

  24. Microrganismos e Agregação do solo. Fungos filamentosos Polissacarídeos e hifas de fungos como agentes agregantes de partículas do solo (Robert & Chenu, 1992)

  25. 1 2 Derxiagumosa – isolada de raízes de Oryzaperenne 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

  26. Fatores que afetam o crescimento • Fatores químicos: • pH: • neutrófilos – pH ≈ 7.0 • acidófilos – pH < 7.0 • alcalófilos – pH > 7.0 • Importância: • Atividade enzimática • Conformação protéica • Disponibilidade de metais e elementos orgânicos

  27. FatoresAmbientais (Físico-químicos) queAfetamosMicrorganismos do Solo • pH Predomínio de Bactérias Predomínio de Fungos Moreira & Siqueira, 2006

  28. FatoresAmbientais (Físico-químicos) queAfetamosMicrorganismos do Solo • Alumínio (Al3+) e metais pesados

  29. Influência do pH na Incidência da Sarna da Batata (Streptomyces scabies) Moreira & Siqueira, 2006

  30. Fatores que afetam o crescimento • Fatores químicos: • O2: • Aeróbicos obrigatórios • Anaeróbicos obrigatórios • Anaeróbicos facultativos • Microaerófilos • Aerotolerantes • Importância: • Respiração • Reações de óxido-redução • Atividade enzimática

  31. Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo • Umidade do Solo

  32. Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo • Temperatura e Radiação Solar

  33. Chlamydomonas nivalis

  34. Fatores que afetam o crescimento • Fatores físicos: • Pressão osmótica (NaCl): • Halotolerantes • Halófilos • Halófilos extremos • Pressão hidrostática • Barotolerantes • Barófilos • Não devem existir grandes diferenças na concentração de solutos dentro e fora da célula, pois podem desidratar-se ou romper-se.

  35. Fatores que afetam o crescimento • Fatores físicos: • Textura do substrato • Estrutura do substrato • Porosidade do substrato • Agregação do substrato • Água do substrato

  36. Fatores que afetam o crescimento • Fatores biológicos: • Fauna e o substrato • Ingestão • Ciclagem de nutrientes • Composição da comunidade • Interações microbianas • Neutralismo • Comensalismo • Protocoperação • Mutualismo • Competição • Amensalismo/Antagonismo • Parasitismo • Predação

  37. Interações entre Organismos que Afetam o Crescimento Microbiano • A depende de B em termos de: • Síntese de substratos • Destoxificação do ambiente Associação de benefícios mútuos para A e B, porém sem dependência obrigatória ou especificidade Interação obrigatória e específica entre A e B que traz benefício para ambos parceiros e cuja ausência os prejudica Inibição mútua quando A e B interagem em função da utilização de recursos necessários à sobrevivência (nutrientes, O2, etc.) Microrganismo B prejudica o microrganismo A sem obter benefício direto desta ação (Ex. produção de antibióticos) Interação específica entre o microrganismo B (parasita) que obtém benefício em detrimento do hospedeiro A (habitat) Associação entre A (presa) e B (predador) Moreira & Siqueira, 2006

  38. Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo • Substratos e Fontes de Energia Moreira & Siqueira, 2006

  39. Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo • Nutrientes Minerais • Crescimento microbiano • Constituição de monômeros e macromoléculas • Síntese de enzimas e outros biopolímeros • Estabilização da parede celular • Estrutura terciária do DNA e do RNA • Divisão celular • Interações simbióticas, etc. Moreira & Siqueira, 2006

  40. Fatores Ambientais (Físico-químicos) que Afetam os Microrganismos do Solo • Fatores de Crescimento Moreira & Siqueira, 2006

  41. FatoresAmbientais (Físico-químicos) queAfetamosMicrorganismos do Solo • Efeitos Antropogênicos

  42. Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo

  43. Métodos de Avaliação de Ocorrência, Diversidade, Densidade e Atividade de Organismos do Solo • Avaliação (10% da Prova Teórica I) • Faça uma revisão de literatura dos últimos anos (2012 e 2013) de artigos científicos que utilizaram métodos para avaliação da qualidade do solo envolvendo aspectos de Ecologia Microbiana. Uma das seguintes situações de solo deverão ser pesquisadas e apresentadas na próxima aula (11/09/2013) na forma de mini-seminários (15 minutos) • Sistemas de Manejo (plantio direto x plantio convencional) • Contaminação do solo com resíduos agrícolas • Contaminação do solo com metais pesados • Contaminação do solo com hidrocarbonetos • Contaminação do solo com pesticidas • Áreas de mineração • Solos salinos

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