3. Fluxo de nutrientes Ciclagem de nutrientes (com aspectos microbiológicos) José Miguel Reichert (Celso Aita & Sandro José Giacomini) em ecossistemas florestais Liberação de nutrientes pelas rochas (intemperismo) Retenção e liberação de nutrientes pelo solo Absorção de nutrientes pelas plantas Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais Biologia e microbiologia florestal Ciclos do carbono e do nitrogênio Desenvolvimento Microrganismos e decomposição de materiais orgânicos Microrganismos e ciclos biogeoquímicos do carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo Ciclo do carbono e matéria orgânica Ciclo do Nitrogênio Mineralização e imobilização Desnitrificação Fixação biológica de N (FBN) Ciclo do fósforo Ciclo do enxofre BACTÉRIAS G G + Bacillus BACTÉRIAS PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM FUNGOS Decomposição (aeróbica, anaeróbica) Degradação de moléculas orgânicas complexas (Pseudomonas sp.) Transformações de nutrientes (Solubilização de fosfato, ) Interações mutualísticas (FBN simbiótica e assimbiótica) Agaricus sp. Saccharomyces sp. * eucariotos, uni e multicelulares, aeróbios e fermentativos, quimiorganotróficos 1
FUNGOS PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM Raiz colonizada Decomposição (aeróbica e fermentação por leveduras) Degradação de moléculas orgânicas complexas (Basidiomicetos lignina) Vesículas Produção de antibióticos (Penicillium penicilina) Solubilizadores de fosfato (Aspergillus) Micorrizas Agregação Arbúsculos Glomus clarum Glomus etunicatum Ectomicorrízas Pisolithus, Rhizopogon Scleroderma CIANOBACTÉRIAS CIANOBACTÉRIAS PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM Fotossíntese FBN ex.: Anabaena e Nostoc Oscillatoria Nostoc Anabaena Synechococcus * clorofila, unicelular a filamentosos Microrganismos e decomposição de materiais orgânicos Palha: energia + nutrientes POLÍMEROS Celulose, amido, proteínas, lipídios, lignina Decomposição de materiais orgânicos PARTES DE MOLÉCULAS acúmulo de fenóis MONÔMEROS Glicose Aminoácidos AcetilsCoa Ácidos graxos CÉLULA MICROBIANAtem uma estrutura tridimensional O 2 H 2 O A B C D ATP E NAD CATABOLISMO NADH 2 ( )( )( )( )( )( elétrons DESVIO PARA BIOSÍNTESE PO 4 2 CO 2 CO 2 SO 4 2 NH 3 Fries & Aita (2002) 2
Decompositores Ciclo do carbono e matéria orgânica MATÉRIA ORGÂNICA=HÚMUS (ORIGEM E DESTINO) EXPORTAÇÃO DE GRÃOS (MATERIAL ORGÂNICO E NUTRIENTES) RESÍDUOS ORGÂNICOS NUTRIENTES N,P,S, MICRO ESTRUMES DECOMPOSIÇÃO POR MICRORGANISMOS NO SOLO HÚMUS OU MATÉRIA ORGÂNICA Ciclo do nitrogênio C fixado CICLO DO NITROGÊNIO (controlado por microrganismos) N2, N N (gás) 78% DA ATMOSFERA Desnitrificação N 2 ou N2 O Fixação industrial Nutrientes assimilados (N, P, S...) Volatilização de amônia O=C + H 2O Fixação biológica simbiótica NH 4 Mineralização Solo (decompositores) Matéria orgânica Reserva de nitrogênio no solo (orgânico) Restos de tecido animal, vegetal e microrganismos. Principal fonte de nitrogênio, após a mineralizaçã,para gramineas e plantas sem associação simbiótica. Gramíneas Absorção de N mineral CO 2+ 2NH 3 Uréia + Trocávelargilas NH 3+H 20 Mineralização NH 4+ + OH NO 2 NO 3 Fixação biológica assimbiótica (bactérias de vida livre) Im obilização por bactérias, fungos, Lixiviação actinom icetos Preparo x contato soloresíduo Relação entre dinâmica do C e do N Resíduo incorporado Resíduo em superfície Carbono Carbono assimilação Nitrogênio assimilação Nitrogênio Agregados imobilização N mineral Solo Mary et al. (1996) re Oxigênio Nutrientes Microrganismos Adaptado de Fruit et al. (1999) e Abiven (2001) 3
RCH Mineralização e imobilização N mineral Norgânico NH NH 3 3 Imobilização RCH Norgânico NH 3 NH 3 Nitrosomonas Nitrobacter Ar Microrganismos heterotróficos Bactérias quimioautotróficas Lixiviação Desnitrificação N 2 N 2 O EUTROFIZAÇÃO RCH Norgânico NH 3 NH 3 Nitrosomonas Nitrobacter Bactérias heterotróficas anaeróbias facultativas Clima Desnitrificação Escala de fatores que regulam o processo Precipitação Textura solo Plantas H 2 O Respiração O 2 NO 3 Fixação biológica de N N 2 (gás) + 8e + 8H + + 16 ATP nitrogenase FBN 2NH 3 + 16 ADP + H 2 + 16Pi N 2 MOS NH 4 + H 2 O NO 3 N 2 O Comunidade Plantas RCH Bioma Global Perturbação Física Competição C Celular N 2 Norgânico NH NH 3 3 4
Os sistemas simbióticos Rizóbio Leguminosa Frankia (actino) vs não leguminosas Alnus sp. Rhizobium Bradyrhrizobium Azolla vs Anabaena Fixação assimbiótica de N Acetobacter diazotrophicus vs canadeaçúcar Azospirilum vs milho, trigo, arroz Ciclo do P Ciclo do P Fosfatases Fitases FUNGOS BACTÉRIAS PROTOZOÁRIOS Po rápido P solução Pi Lento Pi rápido Bactérias, fungos, actino Porgânico PO 2 4 Heterotróficos Biomassa microbiana 30 kg P ha 1 (lábil) Po Lento Pi alta energia Fosfatos de Al, Fe, Ca Pseudomonas, Bacillus PO 2 4 Aspergillus Fonte: Rheinheimer & Gatiboni (2002) Solubilização (H + ) 5
Ciclo do S SO 2 Queima de carvão e combustíveis Adubação orgânica Animal Indústrias Gás (H 2S) Resíduos de plantas e animais Pesticidas Fertilizantes N 2 (FBN) CO 2 Minerais Quebra microbiana Sulfetos (S 2 ) Compostos orgânicos Sulfatos (SO 4 2 ) Polissulfatos Tiossulfatos Bissulfatos Minerais NPK MOS MO Enxofre (S) Adsorção Argilas NUTRIENTES residuais 6