Atributos microbiológicos em solos cultivados com cana-de-açúcar (Sacharum spp.) en São Paulo, Brasil

Abstract

[Resumo]Os microrganismos estão presentes em grande diversidade e abundância no solo. Contudo, as atividades antrópicas, que resultam principalmente do uso e manejo inadequado do solo, têm provocado mudanças na estrutura dessas comunidades de organismos. A cultura da cana-de-açúcar, bastante intensa no estado de São Paulo, ainda foi pouco estudada em relação à possíveis mudanças na microbiota do solo, em função de fatores como umidade, temperatura, palha e adubação nitrogenada. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de fatores abióticos nos atributos microbiológicos de solos cultivados com cana-de-açúcar (Saccharum spp.). Foram realizados ensaios de laboratório sob condições controladas, visando avaliar o efeito da temperatura e umidade na microbiota do solo. Além disso, foram avaliadas duas áreas de soqueira de cana-de-açúcar nos municípios de Piracicaba, e Jaú ambos localizados em São Paulo, contendo os seguintes tratamentos: com ou sem N (0 e 150 kg ha-1), na forma de nitrato de amônio em duas profundidades de 0-10 e 10-20 cm. Foram realizadas amostragens de terra para análise de estrutura genética das comunidades bacterianas e dos atributos do solo, tais como fertilidade, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana, respiração basal, quantificação de comunidades específicas de bactérias amonificadores, nitritadores, nitratadores, e enzimas do solo. Os resultados foram submetidos à análise de variância e teste de médias e análise estatística multivariada pelas análises de componentes principais (PCA), análise de escalonamento multidimensional não-métrico (NMDS), análise de similaridade (ANOSIM) e correlação linear simples, pelo teste de Pearson, entre as características do solo estudadas. No experimento em condições controladas, com diferentes umidades, com adição ou não de palha, e com aplicação ou de nitrogênio, a respiração do solo e o qCO2 foram influenciados pelo incremento das umidades, especialmente pela umidade 100% nos dois períodos de incubação do solo. O nitrogênio da biomassa microbiana se correlacionou com a palha, independente da adição de adubação nitrogenada. O carbono da biomassa microbiana não foi influenciado pelos tratamentos aplicados nos experimentos realizados. O perfil das comunidades bacterianas revelou uma alta correlação da umidade e da palha em possíveis mudanças na composição microbiana, principalmente na umidade 100%. No experimento em condições controladas, com diferentes temperaturas, com adição ou não de palha, e com aplicação ou não de nitrogênio, a respiração do solo e a razão C/N foram correlacionadas a ausência de palha e influenciadas pela presença de adubação nitrogenada na temperatura de 20°C. O carbono da biomassa microbiana foi influenciado pela presença da palha e pela temperatura de 30°C. De modo geral, o nitrogênio da biomassa microbiana foi influenciado primeiramente pela presença da palha e secundariamente pela adubação nitrogenada. Nos experimentos em condições de campo, a respiração basal foi o indicador mais sensível em relação à mudança na profundidade na área 1, enquanto o carbono da biomassa microbiana, o quociente metabólico e os nitratadores não foram influenciados pela aplicação dos tratamentos nas áreas estudadas. Os nitritadores foram correlacionados a ausência de nitrogênio na profundidade de 0-10 cm, enquanto os nitratadores e os amonificadores se relacionaram ao tratamento com adubação nitrogenada na profundidade de 10-20 cm independente da área avaliada.

[Resumen]Los microorganismos están presentes en gran diversidad y abundancia en el suelo. Sin embargo, las actividades antrópicas, que resultan principalmente del uso y manejo inadecuado del suelo, han provocado cambios en la estructura de esas comunidades de organismos. El cultivo de la caña de azúcar, bastante extendido en el Estado de São Paulo, todavía ha sido poco estudiado en relación a los posibles cambios en la microbiota del suelo, en función de factores como humedad, temperatura, cobertura vegetal y fertilización nitrogenada. Así, el objetivo de este estudio fue evaluar los efectos de factores abióticos en las propiedades microbiológicas de suelos cultivados con caña de azúcar (Saccharum spp.). Se realizaron ensayos de laboratorio bajo condiciones controladas, para evaluar el efecto de la temperatura y humedad en la microbiota del suelo. Además, se evaluaron dos áreas de tocones de caña de azúcar en los municipios de Piracicaba y Jaú, ambos ubicados en São Paulo, en las que se realizaron los siguientes tratamientos: con o sin N (0 y 150 kg ha-1), en forma de nitrato de amonio en dos profundidades: de 0-10 y de 10-20 cm. Se tomaron muestras de suelo para el análisis de la estructura genética de las comunidades bacterianas y de diferentes propiedades del suelo referidas a la fertilidad, el carbono y el nitrógeno de la biomasa microbiana, respiración basal, cuantificación de comunidades específicas de bacterias amonificadoras, nitritadoras, nitratadoras, y enzimas del suelo. Los resultados fueron evaluados mediante el análisis de varianza y test de medias y el análisis estadístico multivariado mediante el análisis de componentes principales (PAC), análisis de escalonamiento multidimensional no métrico (NMDS), análisis de similitud (ANOSIM) y correlación lineal simple de Pearson, para las propiedades del suelo estudiadas. En el experimento en condiciones controladas, con diferentes humedades, con adición o no de cobertura vegetal, y con aplicación o de nitrógeno, la respiración del suelo y el qCO2 se vieron influenciados por el incremento de las humedades, especialmente por la humedad del 100% en los dos períodos de incubación del suelo. El nitrógeno de la biomasa microbiana se correlacionó con la cobertura, independientemente de la adición de fertilización nitrogenada. El carbono de la biomasa microbiana no se vio influenciado por los tratamientos aplicados en los experimentos realizados. El perfil de las comunidades bacterianas reveló una alta correlación de la humedad y la paja de cobertura en posibles cambios en la composición microbiana, principalmente en la humedad del 100%. En el experimento en condiciones controladas, con diferentes temperaturas, con adición o no de paja, y con aplicación o no de nitrógeno, la respiración del suelo y la relación C/N se correlacionaron con la ausencia de paja y se vieron influenciadas por la presencia de fertilización nitrogenada a la temperatura de 20°C. El carbono de la biomasa microbiana se vio influido por la presencia de la cobertura y la temperatura de 30°C. En general, el nitrógeno de la biomasa microbiana está relacionado principalmente con la presencia de la cobertura y secundariamente con la fertilización nitrogenada. En los experimentos en condiciones de campo, la respiración basal fue el indicador más sensible en relación al cambio en la profundidad en el área 1, mientras que el carbono de la biomasa microbiana, el cociente metabólico y los nitratadores no estuvieron influenciados por la aplicación de los tratamientos en las áreas estudiadas. Los nitritadores se correlacionaron con la ausencia de nitrógeno en la profundidad de 0-10 cm, mientras que los nitratadores y los amonificadores se relacionaron con el tratamiento con fertilización nitrogenada en la profundidad de 10-20 cm independientemente del área evaluada.

[Resumo]Os microorganismos están presentes en gran diversidade e abundancia no solo. Con todo, as actividades antrópicas, que resultan especialmente do uso e manexo inadecuado do solo, provocaron cambios na estrutura destas comunidades de organismos. O cultivo de cana de azucre, bastante extendido no Estado de São Paulo, aínda está pouco estudado en relación a posibles cambios na microbiota do solo debido a factores como humidade, temperatura, cobertura vexetal e abonado nitroxenado. Así, o obxectivo deste estudo foi avaliar os efectos de factores abióticos nas propiedades microbiolóxicas de solos cultivados con cana de azucre (Saccharum spp.). Realizáronse ensaios de laboratorio en condicións controladas, de cara a avaliar o efecto da temperatura e a humidade na microbiota do solo. Ademais, foron avaliadas dúas áreas de tocóns de cana de azucre nos municipios de Piracicaba e Jaú, ambos situados en São Paulo, nos que se estudaron os seguintes tratamentos: con ou sen N (0 e 150 kg ha-1), en forma de nitrato de amonio en dúas profundidades: de 0-10 e de 10-20 cm. Tomáronse mostras de solo para a análise da estrutura xenética das comunidades bacterianas e das propiedades do solo, incluíndo análises referidas á fertilidade, carbono e nitróxeno da biomasa microbiana, respiración basal, cuantificación de comunidades específicas de bacterias amonificadoras, nitritadoras, nitratadoras, e enzimas do solo. Os resultados foron sometidos á análise de varianza e test de medias e análise estatística multivariante mediante a análises de compoñentes principais (PCA), análise de planificación multidimensional non métrico (NMDS), análise de similaridade (ANOSIM) e correlación linear simple, pola proba de Pearson, entre as propiedades do solo estudadas. No experimento en condicións controladas, con diferentes humidades, con adición ou non de cobertura vexetal, e con aplicación ou non de nitróxeno, a respiración do solo e o qCO2 foron influenciados polo incremento das humidades, especialmente pola humidade 100% nos dous períodos de incubación do solo. O nitróxeno da biomasa microbiana correlacionouse coa palla de cobertura, independentemente da adición de abonado nitroxenado. O carbono da biomasa microbiana non foi influenciado polos tratamentos aplicados nos experimentos realizados. O perfil das comunidades bacterianas revelou unha alta correlación da humidade e da cobertura en posibles cambios na composición microbiana, sobre todo na humidade 100%. No experimento en condicións controladas, con diferentes temperaturas, con adición ou non de palla, e con aplicación ou non de nitróxeno, a respiración do solo e a relación C/N estiveron correlacionadas coa ausencia de palla e influenciadas pola presenza de abonado nitroxenado coa temperatura de 20°C. O carbono da biomasa microbiana viuse influenciado pola presenza da palla e pola temperatura de 30°C. De xeito xeral, o nitróxeno da biomasa microbiana foi influenciado primeiramente pola presenza da palla e secundariamente polo abonado nitroxenado. Nos experimentos en condicións de campo, a respiración basal foi o indicador máis sensible respecto ao cambio en profundidade na zona 1, mentres que o carbono da biomasa microbiana, o cociente metabólico e os nitratadores non foron influenciados pola aplicación dos tratamentos nas áreas estudadas. Os nitritadores foron correlacionados coa ausencia de nitróxeno na profundidade de 0-10 cm, mentres que os nitratadores e os amonificadores se correlacionaron co tratamento con abonado nitroxenado na profundidade de 10-20 cm independente da área avaliada.

[Abstract]The microorganisms are present in great diversity and abundance in the soil. However, the anthropic activities, which result mainly from the inappropriate use and management of the soil, have caused changes in the structure of these communities of organisms. The cultivation of sugarcane, quite intense in the state of São Paulo, was still little studied in relation to possible changes in the soil microbiota, due to factors such as humidity, temperature, straw and nitrogen fertilization. The objective of this study was to evaluate the effects of abiotic factors on the microbiological attributes of soils cultivated with sugarcane (Saccharum spp.). Laboratory tests were carried out under controlled conditions to evaluate the effect of temperature and humidity on the soil microbiota. In addition, two areas of sugarcane ratoon were evaluated in the municipalities of Piracicaba and Jaú, both located in SP, with the following treatments: with or without N (0 and 150 kg ha-1), in the form of nitrate of ammonium in two depths of 0-10 and 10-20 cm. Land sampling was performed to analyze the genetic structure of bacterial communities and soil attributes, such as fertility, carbon and nitrogen from microbial biomass, basal respiration, quantification of specific communities of ammonia bacteria, nitriding agents, nitrates, and soil enzymes. The results were submitted to analysis of variance and test of means and multivariate statistical analysis by principal component analyzes (PCA), non-metric multidimensional scaling analysis (NMDS), similarity analysis (ANOSIM) and simple linear correlation by the test of Pearson, among the soil characteristics. In the experiment under controlled conditions, with different humidity, with or without straw, and with application or nitrogen, soil respiration and qCO2 were influenced by the increase of humidity, especially by 100% humidity in the two soil incubation periods .The nitrogen of the microbial biomass was correlated with the straw, independent of the addition of nitrogen fertilization. The carbon of the microbial biomass was not influenced by the treatments applied in the experiments. The profile of bacterial communities revealed a high correlation between moisture and straw in possible changes in microbial composition, especially in 100% humidity. In the experiment under controlled conditions, with different temperatures, with or without straw, and with or without nitrogen application, soil respiration and C/N ratio were correlated with the absence of straw and influenced by the presence of nitrogen fertilization at the temperature of 20°C. The carbon of the microbial biomass was influenced by the presence of the straw and by the temperature of 30°C. In general, the nitrogen of the microbial biomass was influenced firstly by the presence of the straw and secondarily by the nitrogen fertilization. In the experiments under field conditions, basal respiration was the most sensitive indicator in relation to the change in depth in area 1, while microbial biomass carbon, metabolic quotient and nitrators were not influenced by the application of the treatments in the studied areas. The nitriding agents were correlated to the absence of nitrogen in the depth of 0-10 cm, while the nitrators and the ammoniters were related to the treatment with nitrogen fertilization in the depth of 10- 20 cm independent of the evaluated area.