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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2021.tde-05082021-160333
Document
Author
Full name
Luana Bresciani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2021
Supervisor
Committee
Andreote, Fernando Dini (President)
Cherubin, Maurício Roberto
Mendes, Lucas William
Seldin, Lucy
Title in English
Effects of soil coverage upon the structuring and functioning of soil microbiome
Keywords in English
Bacterial ecology
Coffee
Sugarcane
Abstract in English
The exponential increase of world population has raised the demand for energy and food resources. In order to achieve it, alternative practices are required to improve agricultural production using fewer natural resources. It is essential, among other factors, to achieve a better soil quality for sustainable production, which turns fundamental to keep soil permanently covered by crop residues or cover crops. Soil coverage acts as a physical barrier to soil losses and increases soil organic matter, enhancing the aggregate structure and nutritional availability. However, little is known about soil coverage's influence on the microbial community. Here, we studied the effect of soil coverage on bacterial communities in coffee and sugarcane plantations. Coffee was evaluated comparing conventional and intercropping systems, while sugarcane was studied in four levels of straw maintained in soil surface [total remove (TR), high remove (HR), low remove (LR), and no remove (NR)]. We assessed bacterial community from 0 - 15 cm, divided into four layers in coffee, and 0 - 20 cm, along with five layers in sugarcane crop. We evaluated β-glucosidase and acid-phosphatase activities, biological nitrogen fixation and phosphorus solubilization functional genes abundance (nifH and phoD, respectively), and bacterial community by 16S rRNA sequencing. Further, we performed network co-occurrence analysis and topological parameters to evaluate bacterial assembly and interactions. Our results propose that soil coverage provides a more stable environment for bacterial communities' development, functioning, and structuring. Our findings indicate that bacterial communities interplay with soil coverage, and its outcomes may boost bacterial benefits for crop performance. The resulting communities observed in both systems under soil coverage can protect the plant from pathogen invasion and benefit the plant by nutritional supply and efficient use of soil resources. Overall, this study contributed to better understand bacterial communities in agricultural soils, which is essential to future design better practices for a more sustainable agricultural system.
Title in Portuguese
Efeitos da cobertura do solo na estruturação e no funcionamento do microbioma do solo
Keywords in Portuguese
Café
Cana-de-açúcar
Ecologia microbiana
Abstract in Portuguese
O aumento exponencial da população mundial aumentou a demanda por recursos energéticos e alimentares. Com isso, práticas alternativas são necessárias a fim de aumentar a produção agrícola e mitigar o uso de recursos naturais cada vez mais escassos. É necessário promover a qualidade do solo para uma produção mais sustentável, onde sua cobertura permanente, seja por resíduos ou culturas de cobertura, se torna fundamental. A cobertura do solo atua como uma barreira física à erosão, e aumenta a matéria orgânica do solo, melhorando a agregação de partículas de solo e a disponibilidade nutricional. No entanto, pouco se sabe sobre a influência da cobertura do solo na comunidade microbiana. Neste trabalho, estudamos o efeito da cobertura do solo nas comunidades microbianas nas plantações de café e cana-de-açúcar. O café foi avaliado comparando-se os sistemas convencional e consorciado, enquanto a cana-de-açúcar foi estudada em quatro níveis de palha mantida na superfície do solo [remoção total (TR), alta remoção (HR), baixa remoção (LR) e nenhuma remoção (NR)]. Avaliamos a comunidade bacteriana de 0 a 15 cm, dividida em quatro camadas no café, e de 0 a 20 cm, em cinco camadas na cultura da cana-de-açúcar. Neste medimos as atividades das enzimas β-glucosidase e fosfatase ácida, a abundância de genes funcionais de fixação biológica de nitrogênio e solubilização de fósforo (nifH e phoD, respectivamente) e a comunidade microbiana por sequenciamento de 16S rRNA. Além disso, realizamos análise de co-ocorrência de rede e calculamos os parâmetros topológicos para avaliar as relações e as interações microbianas. Nossos resultados propõem que a cobertura do solo fornece um ambiente mais estável para o desenvolvimento, funcionamento e estruturação das comunidades microbianas. Estes indicam que as comunidades microbianas interagem com a cobertura do solo, e seus resultados podem aumentar os benefícios microbianos para o desempenho da cultura. As comunidades bacterianas observadas em ambos os sistemas sob cobertura de solo podem proteger a planta da invasão de patógenos e beneficiá-la pelo fornecimento nutricional e uso eficiente dos recursos do solo. No geral, este estudo contribuiu para entender melhor as comunidades microbianas em solos agrícolas, o que é essencial para o futuro design de melhores práticas para um sistema agrícola mais sustentável.
 
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Publishing Date
2021-08-09
 
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