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Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos.

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Apresentação em tema: "Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos."— Transcrição da apresentação:

1 Microbiologia do solo e os ciclos biogeoquímicos

2 Introdução Atividades biológicas Solo: maior reservatório de microrganismos do planeta direta ou indiretamentre recebe todos os dejetos dos seres vivos ocorrendo a transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas 1 hectare de solo contém cerca de 0,5-4 ton de microrganismos

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4 Introdução

5 (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.) O ambiente solo

6 O efeito rizosférico Rizosfera Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato

7 Perfil do solo Definição: Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmusagriculturageologia rochas mineraishúmus Solos minerais Solos orgânicos Centenas de anos

8 Presença de microrganismos heterotróficos nas várias profundidades do solo Profundidade UmidadeMat. orgânicaBactériasFungos (cm) (%) (%) (x 10 6 )/g (m/g) aeróbias anaeróbias ,2 4,4 242, ,0 1,5 3,10, ,5 0,5 1,90, ,5 0,6 0,90, ,9 0,4 0,70, ,3 0,4 0,150,01 0 Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

9 Bactérias: –grupo mais numeroso e mais diversificado 3 x 10 6 a 5 x 10 8 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 N 2 A microbiota do solo Streptomyces

10 Fungos: –5 x x 10 5 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 A microbiota do solo

11 Algas – x 10 5 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,... A microbiota do solo

12 Introdução Os ciclos biogeoquímicos Ciclo do Carbono Ciclo do Nitrogênio Ciclo do Fósforo Os ciclos biogeoquímicos e os microrganismos

13 O Carbono nos ecossistemas O Carbono compõe 18% da massa na terra: aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA), lipídios, carboidratos 0.03% da atmosfera é Carbono Principais gases que envolvem a terra: CO 2 e CH 4 Carbono como medida de produtividade

14 1 Pg = 1,000,000,000,000,000 g quatrilhões g g g g

15 Fixação/liberação de C CO 2 fixado via fotossíntese (autotroficamente em compostos biológicos) com liberação de O 2 Calcula-se que cada molécula de CO 2 da atmosfera é fixada via fotossíntese a cada 300 anos

16 Fixação/liberação de C Os oceanos e a fotossíntese terrestre absorvem cerca de 200 bilhões de toneladas de CO 2 da atmosfera a cada ano (93% nos oceanos) – algas e cianobactérias principalmente Cerca de 40 quatrilhões de toneladas de CO 2 estão dissolvidos nos oceanos e formam grandes depósitos de CaCO 3 e MgCO mil toneladas/ano de C são fixadas em fósseis fazendo parte do estimado volume de 4 quatrilhões de toneladas de carvão, óleo, gás natural

17 CO 2 na atmosfera/ano (bilhões de toneladas) Outros

18 Fotossintéticos e quimiolitotróficos fazem produção 1 ª : conversão de C inorgânico a C orgânico (fungos e bactérias que decompõem MO, plantas, cianobactérias) Respiração/decomposição/combustão retorna C a atmosfera Fixação > que consumo (respiração) = acúmulo de C orgânico Fixação < que consumo (respiração) = declínio das populações (a menos que adições ocorram), liberação de C Fixação/liberação de C

19 CO 2 aumentou em 30% desde a revolução industrial A maioria desse aumento é devido a queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra (desmatamento, queimadas, etc.) O Carbono e o aquecimento global

20 (ppm) Concentração atmosférica de CO 2 (ppm)

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23 Microrganismos podem ter várias respostas positivas e negativas à mudança climática global Aumentos das temperaturas fazem com que os microrganismos decomponham os resíduos orgânicos mais rapidamente (> emissão de CO 2 que incorporação via plantas fotossintéticas) Microrganismos e o aquecimento

24 O degelo das capas polares pode estar trazendo de volta à vida formas virulentas de microrganismos que estavam dormentes no gelo O aumento da agropecuária tem aumentado a produção de CH 4 produzido pelos microrganismos (archaea, protozoários, leveduras, etc.) que vivem no estômago de ruminantes como ovelhas, gado, búfalos, camelos, etc. CH 4 absorve 20% a mais de calor que CO 2 Produção de vacina para reduzir a emissão de CH 4 Microrganismos e o aquecimento

25 Aumentos das temperaturas aumentam as áreas biogeográficas de microrganismos infecciosos: malária, dengue, febre amarela, viroses, etc. Aumentos nas populações microbianas oceânicas: Vírus: o total de C em vírus nos oceanos equivale ao C de 75 milhões de baleias azuis (média de 100,000 kg cada X 75,000,000 = kg de C Microrganismos e o aquecimento

26 Áreas de tundra e do ártico estão com T mais elevadas, aumentando a produção de CH 4 (Archaea metanogênicas), muito mais nocivo que CO 2 como gás de efeito estufa Microrganismos e o aquecimento

27 Mudanças nas concentrações de populações oceânicas de microrganismos Microrganismos e o aquecimento

28 Fertilizar os oceanos com Fe para aumentar as populações de algas (fitoplâncton) e outros microrganismos como Prochlorococcus e Synechococcus que absorvem quantidades enormes de CO 2 Prochlorococcus e Synechococcus absorvem cerca de 700 bilhões de toneladas de CO 2 por ano, o que é 2/3 de todo o CO 2 fixado anualmente nos oceanos Microrganismos e as soluções

29 Utilização de certos microrganismos para a extração de biocombustíveis Utilização de microrganismos geneticamente modificados para aumentar a produtividade de plantas para extração de óleo (biocombustíveis) Utilização de celulose (hemicelulose) para produzir etanol Sulfolobus solfatarius - archaea Trichonympha sp. - protozoário Trichoderma reesei - fungo Microrganismos e as soluções

30 O ciclo do Nitrogênio O Nitrogênio compõe 80% dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. Fixação do N 2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrópica (Haber-Bosch)

31 O ciclo do Nitrogênio Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH 4 + ), nitrato (NO 3 - ), e uréia ((NH 3 ) 2 CO 2 ) Elemento versátil que pode ser encontrado na forma orgânica e inorgânica

32 O ciclo do Nitrogênio

33 Fixação/liberação de N 5 processos principais ciclam N: Fixação (biológica ou não) Absorção (microbiana) Mineralização (decomposição) Nitrificação Denitrificação Os microrganismos (notadamente bactérias) têm um papel fundamental na ciclagem do N Bactérias de vida livre Bactérias simbióticas

34 Fixação do N N 2 NH 4 + ou NO 3 - Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera Simbiontes como Rhizobium + legumes, Frankia + Alder, etc.: N em troca por carboidratos e ambiente favorável Fixadores de vida livre (ambientes aquáticos principalmente): Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium

35 Associação simbiótica rizóbios-leguminosas (Fonte: Microbiologia de Brock, Madigan et al.)

36 Absorção do N NH 4 + N orgânico NH 4 + é rapidamente incorporado em proteínas e outros compostos nitrogenados orgânicos pelas plantas ou organismos do solo Consumidores no topo da cadeia alimentar usam esse nitrogênio fixado

37 Mineralização do N N orgânico NH 4 + Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH 4 + ) por fungos e bactérias - actinomicetos, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH 3 + a NH 4 + Esse NH 4 + pode então ser usado por plantas ou transformado a NO 2 - e NO 3 - via nitrificação

38 Nitrificação NH 4 + NO 2 - NO 3 - Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia Ocorre apenas em ambientes aeróbicos NH 4 + se adsorve as partículas de solo com carga negativa NO 3 - é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol freático NitrossomonasNitrobacter

39 Denitrificação NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Processo anaeróbico feito por bactérias denitrificadoras N 2 O é um gás de efeito estufa Esta é a única transformação que remove N dos ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do ciclo do N

40 Atividades humanas Queima de florestas e de combustíveis fósseis colocando N na atmosfera Fertilização química que pode lixiviar-se para os corpos dágua Criação de animais com produção de NH 3 + que pode entrar nos corpos dágua e no solo Derrame de excrementos em corpos dágua

41 Efeitos nocivos da deposição de N Mudança da composição vegetal dos ecossistemas (redução da diversidade) Formação de ácido nítrico (HNO 3 ) responsável, junto com dióxido de enxofre (SO 2 ), pelas chuvas ácidas Altas concentrações de N nos rios causam eutrofização, reduzindo a diversidade dos ecossistemas aquáticos

42 Fósforo O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO 4 3- e HPO 4 2- (ortofosfato) Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) – ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas

43 O ciclo do Fósforo Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa Encontrado em pequenas quantidades, por isso é um fator limitante A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos) No solo pode ser adsorvido por partículas do solo, tornando-se, assim, imobilizado

44 Fósforo Três formas de fósforo nos solos: Fósforo orgânico: na matéria viva, plantas, microrganismos, etc. Fósforo solúvel: disponível. Orgânico bem como ortofosfato. Menor proporção de P do solo Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca.

45 O ciclo do Fósforo O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo: No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde

46 O ciclo do Fósforo

47 Perda de fósforo dos solos Perdas volumosas logo após fertilização orgânica (chuva) Perdas por erosão: P está associado a partículas do solo Aração, transformação de ecossistemas florestais a agricultura, etc. Queimas de compostos combustíveis Rejeitos humanos (3,000,000 kg de P/ano)

48 Uso excessivo de fertilizantes Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas Lixiviação contaminando lençóis freáticos causando eutrofização Efeito antropogênico


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