Sòls
Matèria orgànica del Sòl
La matèria orgànica del sòl (MOS) té un paper important en el desenvolupament i funcionament dels ecosistemes terrestres alhora que és un dels factors més importants per descriure la qualitat i la fertilitat del sòl. Els microorganismes són els primers colonitzadors de la terra, i ells són els principals responsables d'alguns dels passos del cicle de carboni (C) i nitrogen (N). Ells transformen la MOS en C i N orgànic i inorgànic. La descomposició biològica de la MOS és la major font de nutrients que potencialment poden utilitzar les plantes pel seu creixement. Ja que les plantes utilitzen quasi exclusivament nutrients inorgànics depenen dels microorganismes del sòl per mineralitzr nutrients orgànics per al seu creixement i desenvolupament. L'activitat microbiana és un indicador de la qualitat del sòl i té la capacitat de predir els canvis en les propietats del sòl. El sòl és un medi heterogeni, discontinu i estructurat on la vida microbiana existeix en microhàbitats discrets amb característiques físiques, químiques i biològiques que es diferencien en el temps i l'espai. Les condicions d'aquests microhàbitats i les diferents taxes de descomposició de la MOS depenen de la seva composició bioquímica i les propietats físico-químiques del sòl, que afecten l'activitat de la comunitat de descomponedors del sòl. Els bacteris són els microorganismes més abundants a terra, seguit pels fongs i algues. Aquests organismes són especialment abundants a les capes superficials del sòl on es desenvolupen la major part de compostos orgànics a partir d'arrels mortes i d'exudats d'arrels.
La matèria orgànica del sòl (MOS) té un paper important en el desenvolupament i funcionament dels ecosistemes terrestres alhora que és un dels factors més importants per descriure la qualitat i la fertilitat del sòl. Els microorganismes són els primers colonitzadors de la terra, i ells són els principals responsables d'alguns dels passos del cicle de carboni (C) i nitrogen (N). Ells transformen la MOS en C i N orgànic i inorgànic. La descomposició biològica de la MOS és la major font de nutrients que potencialment poden utilitzar les plantes pel seu creixement. Ja que les plantes utilitzen quasi exclusivament nutrients inorgànics depenen dels microorganismes del sòl per mineralitzr nutrients orgànics per al seu creixement i desenvolupament. L'activitat microbiana és un indicador de la qualitat del sòl i té la capacitat de predir els canvis en les propietats del sòl. El sòl és un medi heterogeni, discontinu i estructurat on la vida microbiana existeix en microhàbitats discrets amb característiques físiques, químiques i biològiques que es diferencien en el temps i l'espai. Les condicions d'aquests microhàbitats i les diferents taxes de descomposició de la MOS depenen de la seva composició bioquímica i les propietats físico-químiques del sòl, que afecten l'activitat de la comunitat de descomponedors del sòl. Els bacteris són els microorganismes més abundants a terra, seguit pels fongs i algues. Aquests organismes són especialment abundants a les capes superficials del sòl on es desenvolupen la major part de compostos orgànics a partir d'arrels mortes i d'exudats d'arrels.
Fig 1: En un acre de terra poden mantenir-s'hi actius una tona de bacteris microscòpics.
Crèdit: Michael T. Holmes, Oregon State University, Corvallis. De
http://soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology/bacteria.html
Els microorganismes - depenent de la temperatura, l'oxigen, el pH i la disponibilitat de substrat ,entre altres variables - utilitzen diferents vies catabòliques per assolir els requeriments energètics per a la seva viabilitat cel·lular i la síntesi de la biomassa pel creixement. La mineralització es refereix a l'alliberament net de minerals, C i N en la descomposició de la matèria orgànica, i la immobilització es refereix a la transformació de compostos inorgànics a l'estat orgànic. Els microorganismes intervenen en ambdós processos. La nitrificació té un paper important en el control de la transformació del N mineral a partir del NH4, menys mobil, a NO3, més soluble i absorbit per les arrels de les plantes. El procés de nitrificació interfereix amb altres processos del cicle del N, característica que contribueix a la dificultat del seu estudi.
Fig 2: Cicle del nitrogen, de http://bioweb.wku.edu/faculty/ameier/ecosystem.htm
Fins allà on sabem nosaltres, aquest és el primer estudi de la dinàmica del C i el N en els ecosistemes del sòl utilitzant similacions basades en l'individu. Aquest treball presenta un enfocament "bottom-up" (des de la base a la part superior del sistema) pels sistemes microbiana del sòl que participen en les transformacions del C i el N. La formulació d'aquest tipus de models és tant una alternativa viable com una eina valuosa per investigar els sistemes complexos, dinàmica dels quals depen principalment dels microorganismes com en la dinàmica de la MOS. L'objectiu primer i principal d'aquest treball és desenvolupar INDISIM-SOM (una extensió de INDISIM), un model de simulació basat en l'individu que ens permet estudiar l'activitat microbiana en el sòl, tenint en compte la mineralització i la immobilització del C i el N, i la integració del procés de nitrificació en aquest context. INDISIM-SOM es centra en l'activitat microbiana. També té en compte el paper del C i el N durant la seva vida microbiana, vinculant així els cicles del C i del N. El primer pas en el marc d'un projecte de recerca de miodelització ecològica més àmpli és comprovar si: i) la calibració d'INDISIM-SOM és viable, i ii) l'evolució de variables relacionades amb el C i el N predita pel simulador, juntament amb les variables relacionats amb l'activitat microbiana, segueixen l'evolució a curt termini obtinguda n condicions experimentals específiques. El simulador INDISIM-SOM controla un grup de cèl·lules microbianes en cada pas del temps, utilitzant un conjunt de variables dependents del temps per a cada microorganisme. L'espai està dividit en cèl·les quadrades. A cada cel·la de l'espai, es controlen les quantitats de diferents tipus de compostos orgànics. Aquests s'identifiquen com C i N orgànics polimeritzats, C i N orgànic làbils, i compostos minerals com NH4, NO3, CO2 i O2. El model té en compte l'activitat dels dos prototips de cèl·lules microbianes: microorganismes amonificador i bacteris nitrificants. S'identifiquen les diferents vies metabòliques i les diferents fonts de C i N que poden utilitzar aquests microorganismes. També s'estudien algunes variables d'estat i paràmetres relacionats amb la MOS i l'activitat microbiana: el creixement i la descomposició de la biomassa microbiana, i evolucions temporals de productes nitrogenats intermediaris de la mineralització, del N mineral en amoni i nitrate, CO2 i O2.
INDISIM-SOM s'ha calibrat utilitzant dades experimentals provinents de incubacions de diferents sòls de Catalunya.
INDISIM-SOM s'ha calibrat utilitzant dades experimentals provinents de incubacions de diferents sòls de Catalunya.
Fig 3: Esquema de la mineralització i la immobilització del C i el N i
procés de nitrificació deguda a l'activitat microbiana en INDISIM-SOM
Comparteix: