Crostas biológicas em saprolitos de gnaisse: ciclagem biogeoquímica, micromorfologia e ensaio de colonização

Trindade, E. S.; Schaefer, C. E. G. R.; Albuquerque, M. A.; Abrahão, W. A. P.; Mello, J. W. V.; Chagas, A. C.

doi:10.1590/S0100-06832001000400008

Resumos

O papel biogeoquímico e estrutural das crostas microbióticas é praticamente desconhecido, embora estas sejam freqüentes na superfície de taludes naturais e antrópicos expostos em domínio tropical úmido. O presente trabalho teve como objetivo estudar as interações envolvidas no intemperismo biogeoquímico decorrente da ação de microrganismos e plantas inferiores na superfície de saprolitos gnáissicos expostos em taludes da Zona da Mata de Minas Gerais. Foram investigados também os efeitos das associações organominerais na formação e estabilização estrutural de agregados, bem como as feições micropedológicas das diferentes crostas e do substrato sob influência destas. Fez-se o isolamento de cianobactérias, objetivando uma visão preliminar da viabilidade de obtenção de inóculo em laboratório, para posterior utilização na estabilização de superfícies minerais expostas. O grau de intemperismo e o caráter máfico ou félsico dos substratos foram determinantes no comportamento dos organismos em relação à ciclagem biogeoquímica, influenciando os valores de pH, a atividade de argila e o caráter eutrófico ou distrófico das crostas e saprolitos. Em geral, observou-se concentração de K e Al trocáveis na crosta, sendo K o elemento mais consistentemente associado à ciclagem biogeoquímica. O mesmo ocorreu em relação a Ca e Mg trocáveis, exceto nos saprolitos mais máficos, onde sua abundância mascarou a ciclagem biogeoquímica. As crostas tenderam também a concentrar P, Mn, Pb e Ni disponíveis, em todos os pontos, embora a contribuição de poluentes atmosféricos, no caso de Pb, possa estar mascarando os efeitos da atividade microbiana na mobilidade deste elemento. Os teores de N disponíveis foram elevados, em decorrência do N fixado pelas cianobactérias. Os valores de Fe-ditionito, juntamente com os resultados das observações micropedológicas, mostraram um modelo de oxidação por influência microbiótica em microssítios da crosta e da camada micropedogenizada subjacente, baseado na liberação de O2 pelas cianobactérias e na utilização de quelatos de Fe-MO por bactérias quimiolitotróficas, que derivam energia da oxidação do Fe, promovendo a formação de micronódulos ferruginosos. Fotomicrografias obtidas em microscópio eletrônico de varredura ilustram, de modo inequívoco, o papel da mucilagem de polissacarídeos na estruturação de agregados, unindo a matéria orgânica fresca à parte mineral. Os resultados evidenciaram a possibilidade do uso de inóculo de algas na recuperação e estabilização de superfícies minerais expostas, por meio da aceleração do processo de sucessão ecológica.

crosta biológica; ciclagem biogeoquímica; micromorfologia; cultura de algas

In the tropical humid environment, microbiotic crusts are widespread on exposed natural and antropic saprolites; yet, their biogeochemical and structural role is virtually ignored. In this work, the interactions involved in the biogeochemical weathering resultant of the action by microorganisms and inferior plants in gneiss saprolites of the Zona da Mata of Minas Gerais region were studied. The effects of organo-minerals associations on the formation and structural stabilization of the aggregates were investigated as well as the micropedological of features of the different crusts and of the area under their influence. In addition, cyanobacteria were isolated in culture medium, as the main organisms present in the microbiotic crusts, to evaluate the feasibility of their controlled inoculation in saprolite colonization and stabilization. The weathering degree and mafic or felsic nature of the gneiss influenced the range of pH values, clay activity and the eutrophic/dystrophic character of microbiotic crusts and saprolites. In general, K and Al tended to concentrate in the microbiotic crusts, together with Ca and Mg, except for the mafic saprolites, where high Ca/Mg reserves masked the biochemical cycling. Also, available P, Mn, Pb and Ni were concentrated in the crusts at all points, though a possible atmospheric contribution of Pb is likely. Available N levels were high in the microbiotic crusts due to N fixation by cyanobacteria. The Fe-ditionite combined with micropedological observations suggested a model of Fe oxidation mediated by microorganisms, based on excessO2 produced by cyanobacteria and further utilization of Fe-organic matter by chemolithotrophic bacteria, that derive energy from Fe-oxidation, promoting widespread occurrence of ferruginous micronodules. The SEM observations revealed a marked influence of mucilage on structural stabilization, bridging the organic matter/mineral components. This points to a possible use of algae inoculation as a rehabilitation strategy in recently-exposed road-cuts.

biological crust; biogeochemical cycling; micromorphology; culture of algae

SEÇÃO III - BIOLOGIA DO SOLO

Crostas biológicas em saprolitos de gnaisse: ciclagem biogeoquímica, micromorfologia e ensaio de colonização(¹ (1 ) Trabalho extraído de Tese de Mestrado defendida como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas da Universidade Federal de Viçosa - UFV. )

Biotic crusts on weathered gneiss: biogeochemical cycling, micromorphology and experimental colonization

E. S. Trindade^I; C. E. G. R. Schaefer^II; M. A. Albuquerque^III; W. A. P. Abrahão^II; J. W. V. Mello^II; A. C. Chagas^IV

^IDoutoranda no Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas da Universidade Federal de Viçosa - UFV. CEP 36571-000 Viçosa (MG). E-mail: trindade@solos.ufv.br

^IIProfessor Adjunto do Departamento de Solos e Nutrição de Plantas, UFV. Bolsista do CNPq. E-mails: carlos.schaefer@solos.ufv.br; wabrahao@mail.ufv.br; jwmello@solos.ufv.br

^IIIProfessora da Fundação Educacional de Caratinga - FUNEC. Av. Moacir de Mattos 49, Centro, CEP 35300-047 Caratinga (MG)

^IVEstagiária Iniciação Científica do Departamento de Solos, UFV

RESUMO

O papel biogeoquímico e estrutural das crostas microbióticas é praticamente desconhecido, embora estas sejam freqüentes na superfície de taludes naturais e antrópicos expostos em domínio tropical úmido. O presente trabalho teve como objetivo estudar as interações envolvidas no intemperismo biogeoquímico decorrente da ação de microrganismos e plantas inferiores na superfície de saprolitos gnáissicos expostos em taludes da Zona da Mata de Minas Gerais. Foram investigados também os efeitos das associações organominerais na formação e estabilização estrutural de agregados, bem como as feições micropedológicas das diferentes crostas e do substrato sob influência destas. Fez-se o isolamento de cianobactérias, objetivando uma visão preliminar da viabilidade de obtenção de inóculo em laboratório, para posterior utilização na estabilização de superfícies minerais expostas. O grau de intemperismo e o caráter máfico ou félsico dos substratos foram determinantes no comportamento dos organismos em relação à ciclagem biogeoquímica, influenciando os valores de pH, a atividade de argila e o caráter eutrófico ou distrófico das crostas e saprolitos. Em geral, observou-se concentração de K e Al trocáveis na crosta, sendo K o elemento mais consistentemente associado à ciclagem biogeoquímica. O mesmo ocorreu em relação a Ca e Mg trocáveis, exceto nos saprolitos mais máficos, onde sua abundância mascarou a ciclagem biogeoquímica. As crostas tenderam também a concentrar P, Mn, Pb e Ni disponíveis, em todos os pontos, embora a contribuição de poluentes atmosféricos, no caso de Pb, possa estar mascarando os efeitos da atividade microbiana na mobilidade deste elemento. Os teores de N disponíveis foram elevados, em decorrência do N fixado pelas cianobactérias. Os valores de Fe-ditionito, juntamente com os resultados das observações micropedológicas, mostraram um modelo de oxidação por influência microbiótica em microssítios da crosta e da camada micropedogenizada subjacente, baseado na liberação de O2 pelas cianobactérias e na utilização de quelatos de Fe-MO por bactérias quimiolitotróficas, que derivam energia da oxidação do Fe, promovendo a formação de micronódulos ferruginosos. Fotomicrografias obtidas em microscópio eletrônico de varredura ilustram, de modo inequívoco, o papel da mucilagem de polissacarídeos na estruturação de agregados, unindo a matéria orgânica fresca à parte mineral. Os resultados evidenciaram a possibilidade do uso de inóculo de algas na recuperação e estabilização de superfícies minerais expostas, por meio da aceleração do processo de sucessão ecológica.

Termos de indexação: crosta biológica, ciclagem biogeoquímica, micromorfologia, cultura de algas.

SUMMARY

In the tropical humid environment, microbiotic crusts are widespread on exposed natural and antropic saprolites; yet, their biogeochemical and structural role is virtually ignored. In this work, the interactions involved in the biogeochemical weathering resultant of the action by microorganisms and inferior plants in gneiss saprolites of the Zona da Mata of Minas Gerais region were studied. The effects of organo-minerals associations on the formation and structural stabilization of the aggregates were investigated as well as the micropedological of features of the different crusts and of the area under their influence. In addition, cyanobacteria were isolated in culture medium, as the main organisms present in the microbiotic crusts, to evaluate the feasibility of their controlled inoculation in saprolite colonization and stabilization. The weathering degree and mafic or felsic nature of the gneiss influenced the range of pH values, clay activity and the eutrophic/dystrophic character of microbiotic crusts and saprolites. In general, K and Al tended to concentrate in the microbiotic crusts, together with Ca and Mg, except for the mafic saprolites, where high Ca/Mg reserves masked the biochemical cycling. Also, available P, Mn, Pb and Ni were concentrated in the crusts at all points, though a possible atmospheric contribution of Pb is likely. Available N levels were high in the microbiotic crusts due to N fixation by cyanobacteria. The Fe-ditionite combined with micropedological observations suggested a model of Fe oxidation mediated by microorganisms, based on excess_O2 produced by cyanobacteria and further utilization of Fe-organic matter by chemolithotrophic bacteria, that derive energy from Fe-oxidation, promoting widespread occurrence of ferruginous micronodules. The SEM observations revealed a marked influence of mucilage on structural stabilization, bridging the organic matter/mineral components. This points to a possible use of algae inoculation as a rehabilitation strategy in recently-exposed road-cuts.

Index terms: biological crust, biogeochemical cycling, micromorphology, culture of algae.

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, pela concessão da bolsa de estudo durante o desenvolvimento deste trabalho.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em agosto de 2000

Aprovado em junho de 2001

ALBRECHT, S.L. Eukaryotic algae and cyanobacteria. In: SYLVIA, D.M.; FUHRMANN, J.J.; HARTEL, P.G. & ZUBERER, D.A., eds. Principles and applications of soil microbiology. Upper Saddle River, Prentice Hall, 1999. p.94-113.
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(1

) Trabalho extraído de Tese de Mestrado defendida como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas da Universidade Federal de Viçosa - UFV.

Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
30 Set 2014
Data do Fascículo
Dez 2001

Histórico

Aceito
Jun 2001
Recebido
Ago 2000

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

[1] ALBRECHT, S.L. Eukaryotic algae and cyanobacteria. In: SYLVIA, D.M.; FUHRMANN, J.J.; HARTEL, P.G. & ZUBERER, D.A., eds. Principles and applications of soil microbiology. Upper Saddle River, Prentice Hall, 1999. p.94-113.

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[27] SOON, Y.K. Fractionation of extractable aluminium in acid soil: a review and a proposed procedure. Comm. Soil Sci. Plant Anal., 24:1683-1708, 1993.

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[29] TAN, K.H. The release of silicon, aluminium, and potassium during decomposition of soil minerals by humic acid. Soil Sci., 129:5-11, 1980.

[30] TEDESCO, M.J.; WOLKWEISS, S.J. & BOHNEN, H. Análise de solo, planta e outros materiais. Porto Alegre, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1985. 156p. (Boletim Técnico, 5)

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Brasil

Brasil

Crostas biológicas em saprolitos de gnaisse: ciclagem biogeoquímica, micromorfologia e ensaio de colonização

Biotic crusts on weathered gneiss: biogeochemical cycling, micromorphology and experimental colonization

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