Resumo: As mudanças no uso da terra levaram à perda de cerca de 90% da cobertura florestal tropical no domínio da Mata Atlântica, Brasil, com impactos significativos nos ciclos hídricos e biogeoquímicos e no fornecimento de serviços ecossistêmicos. Os microrganismos do solo desempenham um papel importante na ciclagem de nutrientes em ecossistemas terrestres e sua composição e função da comunidade são influenciadas pela interação de uma série de fatores bióticos e abióticos que caracterizam os ecossistemas. Essas interações são inevitavelmente alteradas pela mudança no uso do solo, mas seus efeitos sobre as comunidades e processos subterrâneos raramente são quantificados, como no caso da introdução de espécies exóticas que substituem os ecossistemas florestais nativos, com consequências para os processos ecológicos e biogeoquímicos. Por exemplo, espécies do gênero Pinus do Hemisfério Norte e seus simbiontes ectomicorrízicos foram amplamente plantadas na área nativa de Araucaria angustifolia, uma conífera filogeneticamente muito mais antiga do que Pinus, e associada a fungos micorrízicos arbusculares. Este trabalho teve como objetivo quantificar os efeitos da substituição de florestas montanas nativas dominadas por A. angustifolia por plantações de Pinus taeda sobre (i) comunidades microbianas do solo (arquéias e bactérias) e (ii) o ciclo do nitrogênio. Para fazer isso, quantificamos a biomassa microbiana e caracterizamos a composição / atividade potencial espacial e sazonal (úmida e quente vs. seca e fria) de genes associados ao ciclo N de comunidades de archaeal e bacteriana do solo em um povoamento de floresta nativa e uma plantação de pinheiros no Parque Estadual de Campos do Jordão, onde A. angustifolia é mais bem preservada em sua distribuição norte dentro do domínio biogeográfico da Mata Atlântica. O solo mineral e a camada orgânica foram amostrados nos picos das estações chuvosa e seca. Extrações de DNA foram realizadas para 96 amostras de solo (12 amostras x 2 tipos de floresta x 2 camadas de solo x 2 estações). Nós relatamos os resultados para as espécies de coníferas nativas e exóticas para a frequência / abundância dos genes nifH, AmoB, AmoA, associados ao ciclo do N, e os relacionamos com as variáveis do solo e biomassa microbiana, estimadas com base nas concentrações orgânicas de N e C de as amostras de solo. Verificamos que a floresta nativa com A. angustifolia apresentou os maiores valores de imobilização microbiana de C (MBC) e C (MBN), NO3- e NH4 + na camada orgânica, e que tanto o solo orgânico quanto mineral em A. angustifolia apresentaram valores mais elevados de MBC e MBN em comparação com os da plantação de pinheiros. Diferenças sazonais foram evidentes no solo da floresta de A. angustifolia com valores de MBC, MBN e NO3- na camada superficial do solo mais elevados na estação seca do que na estação chuvosa. Em relação à atividade potencial das enzimas envolvidas no ciclo do N, a abundância do gene nifH foi negativamente correlacionada com o NH4 + do solo e, consequentemente, a maior abundância de nifH foi encontrada na parte superior do solo da plantação de pinheiros em correspondência com a menor concentração de NH4 +. A abundância de genes amoA relacionados a arquéias oxidantes de amônio (AOA) e bactérias oxidantes de amônio (AOB) foram negativamente correlacionados com a concentração de NH4 +. A plantação de pinheiros apresentou maior abundância de bactérias e genes de archaea amoA quando comparada com a floresta de araucárias. Na plantação de pinheiros, os genes nifH e archaeal amoA eram mais abundantes na camada superficial do solo do que na camada orgânica do solo. Os genes funcionais mostraram uma variação sazonal evidente, tanto na camada orgânica quanto na camada superficial do solo em ambos os tipos de vegetação. Este estudo de experimentação natural é uma porta aberta para a investigação da atividade e função da microbiota do solo nestes ecossistemas montanhosos. Nossos resultados são dados que contribuirão com modelos biogeoquímicos para projetar os impactos do uso da terra (plantações de pinus) e a dinâmica do ciclo do carbono e do nitrogênio associados aos fungos micorrízicos Ver menos

Abstract: Land-use change has led to the loss of about 90% of the tropical forest cover in the Atlantic Forest domain, Brazil, with significant impacts on the water and biogeochemical cycles and on the provisioning of ecosystem services. Soil microorganisms play an important role in the cycling of nutrients in terrestrial ecosystems and their community composition and function are influenced by the interaction of a series of biotic and abiotic factors. These interactions are inevitably altered by land-use change but their effects on below-ground communities and processes rarely quantified, such as in the case of the introduction of exotic species that replace native forest ecosystems, with consequences for ecological and biogeochemical processes. For instance, species of the genus Pinus from the Northern Hemisphere and their ectomycorrhizal symbionts have been widely planted in the native range of Araucaria angustifolia, a phylogenetically much more ancient conifer than species of the genus Pinus and associated with arbuscular mycorrhizal fungi. This work aimed at quantifying the effects of replacing native A. angustifolia-dominated montane forests with Pinus taeda plantations on (i) soil microbial communities (archaea and bacteria) and (ii) the nitrogen (N) cycle. To do this, we quantified microbial biomass and characterized the spatial and seasonal (wet and warm vs. dry and cool) composition/potential activity of genes associated with the N cycle of soil archaeal and bacterial communities in a native forest stand and a in a pine plantation in the State Park of Campos do Jordão, where A. angustifolia is best preserved in its northern distribution within the Atlantic Forest biogeographical domain. Mineral soil and the organic layer were sampled at the peaks of the wet and dry seasons. DNA extractions were carried out for 96 soil samples (12 samples x 2 forest types x 2 soil layers x 2 seasons). We report the results for the native and exotic conifer species for the frequency/abundance of genes nifH, AmoB, AmoA, associated with the N cycle, and relate these to soil variables and microbial biomass, estimated based on organic N, and carbon (C) concentrations of the soil samples. We found that the native forest with A. angustifolia presented higher values of microbial immobilization of C (MBC) and C (MBN), NO3- and NH4+ in the organic layer, and that both the organic and mineral topsoil in A. angustifolia showed higher values of MBC and MBN compared with those in the pine plantation. Seasonal differences were evident in the A. angustifolia forest soil with values of MBC, MBN and NO3- in topsoil higher in the dry season than in the rainy season. Regarding the potential activity of enzymes involved in the N cycle, the abundance of nifH gene was negatively correlated with soil NH4+ and accordingly, the greatest abundance of nifH was found in the topsoil of the pine plantation in correspondence with the lowest concentration of NH4+. The abundance of amoA genes related to ammonium oxidizing archaea (AOA) and ammonium oxidizing bacteria (AOB) were negatively correlated with the concentration of NH4+. The pine plantation showed a higher abundance of bacterial and archaeal amoA genes when compared with the araucaria forest. In the pine plantation nifH and archaeal amoA genes were more abundant in the topsoil than in the organic layer. The functional genes showed an evident seasonal variation, in both the organic layer and the topsoil in both vegetation types. Our results therefore suggest that the pine with its ECM symbionts has a better nutrient uptake efficiency; however, as the mycorrhizal symbiont effect has been inconclusive, we suggest an approach using modelling combined with experimental work on C and N dynamics with AM and ECM is undertaken. This natural experiment is an open door for the investigation of the activity and function of the soil microbiota in tropical mountain ecosystems. Our results will contribute with data to biogeochemical models to project the impacts of land use (pine plantations) and the dynamics of the carbon and nitrogen cycle associated with mycorrhizal fungi Ver menos