Una Nueva Instantánea de la Vida Microbiana en el Suelo y el Reciclado de la Materia Orgánica
Fuente: Frontiers in Microbiology y collage google images
La nomenclatura y rosario de palabras que debo utilizar en este post no son de mi agrado. Si los añado al título de esta entrega parecería que esta bitácora aborda otros temas más sexy (por decir algo). Sin embargo, se trata de traducciones literales del original en suajili. Del mismo modo también ignoro si he interpretado adecuadamente lo que los anglosajones denominan priming effects.
Sin embargo el texto que os voy a mostrar, y que se basan fundamentalmente en las conclusiones de un artículo concreto de investigación ,se me antoja interesante con vistas a que mejoremos nuestra comprensión “visual” de la actividad biológica de los suelos en sus tareas de reciclado. Ya os hablamos en otro post que, si pensáramos mediante paisajes mentales el mundo telúrico, visualizaríamos los espacios de mayor actividad biológica como enclaves con una iluminación intensa respecto a la matriz del suelo, nuestro paisaje mental nos podría aparecer como una ciudad de noche, a altas horas de la madrugada (casi sin tráfico) en tiempos navideños, con sus arbolitos llenos de bombillas resplandeciendo en medio de la oscuridad. El estudio que presentamos hoy da lugar a mejorar tal panorámica, por cuanto nos indica que, además habría otras fuentes de luz, unas que parpadean rápidamente y cambian de lugar, junto a otras que permanecen más tiempo encendidas aunque sin tanto brillo. Se trata de una metáfora, por supuesto. Ahora bien, pudiera ser útil. La matriz del suelo sería pues bastante inerte, aunque salpicada por estas estructuras, a modo de oasis aunque unas más permanentes y otras de actividad muy intensa y breve. Eso sí, lo de los “puntos calientes”, “momentos calientes” y la plétora de “esferas” podría dar lugar a un paisaje a la par más sexi y celestial. Ese no es mi deseo. Quedémonos pues con la primera interpretación. Y quedan por medio los denominados “priming effects”, que nos vienen a mejorar una visión que ahora se me antoja caduca, por ramplona, de cómo se recicla la materia orgánica en el suelo. Os dejo con la traducción al castellano del resumen de este artículo y una parte del texto que he traducido. Por ser un resumen en lo esencial, se encuentra en acceso abierto. Eso sí, hipervinculadas, al final se encuentran frases que al pinchar sobre las mismas ofrecen artículos científicos originales pero relacionados con el contenido de estas líneas de investigación y que nos conducen a papers que preceden a esta publicación muy reciente cuando redacto el post. Reitero, intentar imaginaros mediante paisajes mentales lo que ocurre en un suelo, ya que se parecería a un desierto iluminado por aquí y por allá, por las luces navideñas de los arboles, junto con otras fuentes aisladas y bla, bla, bla. Veamos primero los “puntos calientes” que anteceden al resumen, para continuar con este último.
(i) Rizosfera, detritosfera (enclaves de acumulación de detritos), bioporos y las superficies de los agregados son puntos calientes de actividad microbiana; (ii) La fracción de microbios activos en tales micro-sitios críticos resulta ser entre 2 y 20 veces mayor que en resto de la matriz del suelo; (iii) La duración de un momento caliente (periodo de intensa actividad biológica) en la rizosfera depende de la incorporación de productos orgánicos lábiles; (iv) La duración de tales instantes calientes en la detritosfera (detritusphere) depende principalmente de la descomposición de la hojarasca; y (v) Las sucesiones ecológicas microbianas durante los momentos calientes intensifican la competencia e impulsan el reciclado del carbono del suelo. Comenzamos ahora con parte del resumen.
Los momentos calientes inducen una rápida sucesión en las comunidades microbianas, así como una intensa competencia intra e interespecifica que afecta a la eficiencia en el uso del de la materia orgánica, su reciclado y el propio crecimiento microbiano. Cuando más rápido sea la renovación y menor la eficiencia en el uso del carbono dentro de los puntos calientes (hotspots), más se contrarrestan los altos insumos de la materia orgánica, compensando la ausencia de fuertes aumentos en sus existencias (stocks).
Comenzamos……
Los suelos son el recurso natural más heterogéneas de la biosfera, con una elevadísima diferenciación de sus propiedades y procesos, tanto a nivel de nano-escala como de macro-escala. La heterogeneidad espacial y temporal de la incorporación a este medio de los compuestos orgánicos lábiles que desprenden las plantas crean focos microbianos durante períodos cortos de tiempo, a los que se han denominado momentos calientes……..
Sigamos……
Juan José Ibáñez
…… Los autores del estudio que presentamos hoy definen los puntos calientes (hotspots) microbianos como pequeños volúmenes de suelo con tasas, procesos e interacciones biologías y biogeoquímicas mucho más rápidas e intensas que las que acecen en “las condiciones medias” del perfil edáfico.
Los momentos calientes inducen una rápida sucesión en las comunidades microbianas, así como una intensa competencia intra e interespecifica que afecta a la eficiencia en el uso del de la materia orgánica, su reciclado y el propio crecimiento microbiano. Cuando más rápido sea la renovación y menor la eficiencia en el uso del carbono dentro de los puntos calientes (hotspots), más se contrarrestan los altos insumos de la materia orgánica, compensando la ausencia de fuertes aumentos en sus existencias (stocks).
Estos puntos calientes se encuentran en la rizosfera, detritos-fera(detritusphere), bioporos (incluyendo la ”drilosfera”) y las superficies de los agregados del suelo, aunque los hotspots son a menudo de origen mixto. Por su parte los autores definen los “momentos calientes” como eventos o secuencias de eventos que inducen la aceleración de los procesos biogeoquímicos en comparación con las tasas medias que suelen suceder a corto plazo. Por lo tanto, los hotspots y los momentos calientes se definen por sus propiedades dinámicas en comparación con la mayor parte del volumen del suelo estudiado.
Percutiendo del proceso de hotspot aludido estos investigadores revisan y analizan en profundidad la localización y el tamaño de los puntos calientes, su distribución espacial y visualización, el transporte de Carbono orgánico lábil hacia y desde los hotspots, duración e intensidades de los procesos que allí acaecen, con especial énfasis en las actividades microbianas.
La fracción de microorganismos activos en hotspots es 2-20 veces mayor que la presente en la matriz general del suelo, mientras que sus actividades (es decir, respiración, crecimiento microbiano, potencial de mineralización, actividades enzimáticas, proporción ARN / ADN) también puede ser mucho más elevada. La duración de los momentos calientes en la rizosfera es limitado, siendo controlada por la cantidad de compuestos orgánicos lábiles que allí llegan, pudiendo dilatarse entre unas pocas horas hasta y días. Por el contrario en la detritosfera el lapso de actividad temporal de los momentos calientes se encuentra condicionada por las salidas, es decir las tasas de descomposición de la hojarasca en descomposición, prolongándose entre semanas y meses.
(i) Rizosfera, detritusfera (enclaves de acumulación de detritos), bioporos y las superficies de los agregados son puntos calientes de actividad microbiana; (ii) La fracción de microbios activos en tales micro-sitios críticos resulta ser entre 2-20 veces mayor que en resto de la matriz del suelo; La duración momento caliente (periodo de intensa actividad biológica) en rizosfera depende de la incorporación de productos orgánicos lábiles; (iii) La duración de tales instantes calientes en la detrisosfera (detritusphere) depende principalmente de la descomposición de la hojarasca; y (v) Las sucesiones ecológicas microbianas durante momentos calientes intensifican la competencia e impulsan el reciclado del carbono del suelo.
Momentos calientes inducen una rápida sucesión en las comunidades microbianas, así como una intensa competencia intra e interespecifica que afecta a la eficiencia en el uso del de la materia orgánica, su reciclado y el propio crecimiento microbiano. Cuando más rápido sea la renovación y menor la eficiencia en el uso del carbono dentro de los hotspots, más se contrarrestan los altos insumos de la materia orgánica, compensando la ausencia de fuertes aumentos en sus existencias (stocks).
En consecuencia, la intensificación de los flujos es mucho más fuerte que el aumento reservas. El mantenimiento de las relaciones estequiométricas del crecimiento microbiano acelerado propio de los hotspots requiere nutrientes adicionales, como el fósforo y el nitrógeno, provocando su extracción microbiana por la materia orgánica del suelo, es decir, induciendo el efecto de priming effects.
En consecuencia, priming effects que se localizan en hlos otspots microbianos son consecuencia de los momentos calientes. Se estimó la contribución de los hotspots a todo el perfil del suelo, revelándose que, con independencia de su volumen, los hotspots son los principales responsables de los procesos ecológicamente más importantes en el suelo. Por esta revisión, se planteó la importancia de los conceptos y la teoría ecológica de la distribución y el funcionamiento de los microorganismos en el suelo
Artículo Original
Microbial hotspots and hot moments in soil: Concept & review
- a Dept. of Soil Science of Temperate Ecosystems, University of Göttingen, Germany
- b Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia
- c Dept. of Agricultural Soil Science, University of Göttingen, Germany
- dInstitute of Environmental Sciences, Kazan Federal University, Kazan, RussiaReceived 5 September 2014, Revised 21 January 2015, Accepted 22 January 2015, Available online 10 February 2015doi:10.1016/j.soilbio.2015.01.025Get rights and contentHighlights
•Rhizosphere, detritusphere, biopores and aggregate surfaces are microbial hotspots.
•The fraction of active microbes in hotspots is 2–20 times higher than in bulk soil.
•The hot moment duration in rhizosphere is limited by the input of labile organics.
•The duration of hot moments in detritusphere depends on litter decomposition.
•Microbial successions during hot moments intensify competition and push C turnover.
- Abstract
- Soils are the most heterogeneous parts of the biosphere, with an extremely high differentiation of properties and processes within nano-to macroscales. The spatial and temporal heterogeneity of input of labile organics by plants creates microbial hotspots over short periods of time – the hot moments. We define microbial hotspots as small soil volumes with much faster process rates and much more intensive interactions compared to the average soil conditions. Such hotspots are found in the rhizosphere, detritusphere, biopores (including drilosphere) and on aggregate surfaces, but hotspots are frequently of mixed origin. Hot moments are short-term events or sequences of events inducing accelerated process rates as compared to the average rates. Thus, hotspots and hot moments are defined by dynamic characteristics, i.e. by process rates.
For this hotspot concept we extensively reviewed and examined the localization and size of hotspots, spatial distribution and visualization approaches, transport of labile C to and from hotspots, lifetime and process intensities, with a special focus on process rates and microbial activities. The fraction of active microorganisms in hotspots is 2–20 times higher than in the bulk soil, and their specific activities (i.e. respiration, microbial growth, mineralization potential, enzyme activities, RNA/DNA ratio) may also be much higher. The duration of hot moments in the rhizosphere is limited and is controlled by the length of the input of labile organics. It can last a few hours up to a few days. In the detritusphere, however, the duration of hot moments is regulated by the output – by decomposition rates of litter – and lasts for weeks and months. Hot moments induce succession in microbial communities and intense intra- and interspecific competition affecting C use efficiency, microbial growth and turnover. The faster turnover and lower C use efficiency in hotspots counterbalances the high C inputs, leading to the absence of strong increases in C stocks. Consequently, the intensification of fluxes is much stronger than the increase of pools. Maintenance of stoichiometric ratios by accelerated microbial growth in hotspots requires additional nutrients (e.g. N and P), causing their microbial mining from soil organic matter, i.e. priming effects. Consequently, priming effects are localized in microbial hotspots and are consequences of hot moments. We estimated the contribution of the hotspots to the whole soil profile and suggested that, irrespective of their volume, the hotspots are mainly responsible for the ecologically relevant processes in soil. By this review, we raised the importance of concepts and ecological theory of distribution and functioning of microorganisms in soil.
Priming effects are strong short-term changes in the turnover of soil organic matter caused by comparatively moderate treatments of the soil. In the course of priming effects large amounts of C, N and other nutrients can be released or immobilized in soil in a very short time.
Los efectos de facilitación son fuertes cambios a corto plazo en la transformación de la materia orgánica del suelo causada por los tratamientos relativamente moderados del suelo. En el curso de de imprimación efectos grandes cantidades de C, N y otros nutrientes pueden ser liberados o inmovilizados en el suelo en un tiempo muy corto.
(…) Los aportes de materia orgánica fresca dan lugar a una disminución del contenido de carbono estable, debido probablemente al aumento resultante en la actividad biológica, que degrada tanto la materia fresca como el reservorio de carbono estable(Fontaine et al., 2007). Este fenómeno se conoce como “priming effect” y por el momento no está contemplado en los modelos actuales