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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.64.2019.tde-14072021-150101
Document
Auteur
Nom complet
Andressa Monteiro Venturini
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2019
Directeur
Jury
Mui, Tsai Siu (Président)
Cotta, Simone Raposo
Pellizari, Vivian Helena
Souza, Jackson Antonio Marcondes de
Titre en anglais
Forest-to-pasture conversion in the Eastern Amazon: impacts on the soil methane microbial communities
Mots-clés en anglais
Land-use change
Metagenomics
Methanogenesis
Methanotrophy
Molecular microbial ecology
Quantitative real-time PCR
Soil methane cycle
Soil moisture
Resumé en anglais
Forest-to-pasture conversion in the Amazon alters the physical, chemical, and biological properties of the soil. However, the impacts of this process on the methane (CH4) fluxes - the second most important greenhouse gas of anthropogenic origin - and microorganisms responsible for its production (methanogenic Archaea) and consumption (methanotrophic Bacteria) from soils are still little known. Both groups can also be influenced by the moisture content of these soils, due to the seasonality and occurrence of extreme events in the region. Therefore, the objective of this thesis was to evaluate the impacts of forest-to-pasture conversion on the microbial CH4 cycle in soils of the Tapajós National Forest and its surroundings, in the Brazilian Eastern Amazon, as well as its response to changes in moisture. In the first study, soil samples were collected in three forests and three pastures during the dry and rainy seasons. In the second, soil samples from both land-uses were used in the development of a microcosm experiment with four moisture levels (original moisture; 60%, 80%, and 100% of moisture at field capacity) for a 30-day period. The soil samples from both studies had their properties determined, whereas their microbial communities were evaluated by quantitative real-time PCR of CH4 marker genes and metagenomic sequencing. Gas samples from the microcosm experiment were also periodically collected and analyzed by gas chromatography. As main results, the pastures had a higher pH and nutrient levels than the forests, but the field samples revealed a decrease in porosity and an increase in soil density. This has led to changes in the diversity, evenness, and abundance of the CH4 microbial communities, composed by methanogenic organisms of the phylum Euryarchaeota and methanotrophs of the phyla Proteobacteria and Verrucomicrobia. Pastures consistently showed a greater abundance of methanogens than forests, as well as a higher rate of methanogens by methanotrophs, usually close to or above one. Moisture further intensified this effect, resulting in high CH4 emissions from the soils of the experiment under 100% of moisture at field capacity. The main methanotrophic groups exhibited different responses to the studied factors, according to their ecological characteristics. In summary, the data from both studies indicate that forest-to-pasture conversion increases the CH4 emission potential of the soil, which is enhanced by increasing moisture
Titre en portugais
Conversão floresta-pastagem na Amazônia Oriental: impactos sobre as comunidades microbianas do metano do solo
Mots-clés en portugais
Ciclo do metano no solo
Ecologia microbiana molecular
Metagenômica
Metanogênese
Metanotrofia
Mudança de uso do solo
PCR quantitativo em tempo real
Umidade do solo
Resumé en portugais
A conversão floresta-pastagem na Amazônia altera as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. Contudo, os impactos desse processo sobre os fluxos de metano (CH4) - o segundo mais importante gás do efeito estufa de origem antropogênica - e microrganismos responsáveis pela sua produção (arquéias metanogênicas) e consumo (bactérias metanotróficas) em solos ainda são pouco conhecidos. Ambos os grupos ainda podem ser influenciados pelo teor de umidade desses solos, devido à sazonalidade e ocorrência de eventos extremos na região. Dessa forma, o objetivo dessa tese foi avaliar os impactos da conversão floresta-pastagem sobre o ciclo microbiano do CH4 em solos da Floresta Nacional do Tapajós e seus arredores, na Amazônia Oriental Brasileira, bem como sua resposta a mudanças na umidade. No primeiro estudo, amostras de solo foram coletadas em três florestas e três pastagens durante as estações seca e chuvosa. No segundo, amostras de solo de ambos os usos foram utilizadas no desenvolvimento de um experimento de microcosmos com quatro níveis de umidade (umidade original; 60%, 80% e 100% de umidade na capacidade de campo) por um período de 30 dias. As amostras de solo de ambos os estudos tiveram suas propriedades determinadas, enquanto as suas comunidades microbianas foram avaliadas por PCR quantitativo em tempo real de genes marcadores do CH4 e sequenciamento metagenômico. Amostras de gases do experimento de microcosmos também foram coletadas periodicamente e analisadas por cromatografia gasosa. Como resultados principais, as pastagens apresentaram pH e teor de nutrientes mais elevados do que as florestas, mas as amostras do campo revelaram uma diminuição da porosidade e um aumento da densidade do solo. Isso acarretou em mudanças na diversidade, equitatividade e abundância das comunidades microbianas do CH4, compostas por organismos metanogênicos do filo Euryarchaeota e metanotróficos dos filos Proteobacteria e Verrucomicrobia. As pastagens apresentaram sistematicamente maior abundância de metanogênicos do que as florestas, assim como maior razão de metanogênicos por metanotróficos, comumente próxima ou acima de um. A umidade intensificou ainda mais esse efeito, resultando na emissão elevada de CH4 nos solos do experimento sob 100% de umidade na capacidade de campo. Os principais grupos metanotróficos exibiram respostas variadas aos fatores estudados, de acordo com suas características ecológicas. Em resumo, os dados de ambos os estudos indicam que a conversão floresta-pastagem aumenta o potencial de emissão de CH4 do solo, o que é reforçado pelo aumento da umidade
 
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Date de Publication
2021-08-10
 
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