Impact of organic residues addition in soil microbial community and N2O emissions

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorAgricultural lands receive crop and animal residues as option for additional nutrients to replace inorganic fertilizers. Although the idea of discard residues is sustainable, its implementation contributes to the production of greenhouse gases such as nitrous oxide (N2O). However, the impact of disturbances caused by crop wastes on soil microbial community is still not clear. The aim was to study the impact of agricultural residues on the bacterial community accessed by next generation sequencing of nucleics acids. Two field experiments were carried out with the first experiment with the treatments control, mineral fertilizer, slurry and slurry with nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) while the second experiment presented the following treatments: control, sugarcane straw, vinasse and vinasse with sugarcane straw. Nitrous oxide emissions were also analysed. The organic fertilizers were the main drivers on changes in microbial community structure and they affected the microorganisms differently conformable to the applied residue compared with soils with or without fertilizer, but without residues. Slurry application changed the community in the third day of experiment temporarily due to increases in the abundance of Bacteroidetes, Proteobacteria and Firmicutes but the metabolically active microbial community was resilient returning to the original state after 50 days of experiment. The impact of plant residues were visualized in the treatment than microbial dynamics with only straw application modifying the abundance of Bacteroidetes and Beta-Proteobacteria. High proportions of Verrucomicrobia were found in vinasse treatment, whereas Firmicutes were overrepresented in vinasse plus straw treatment. Plants and animal origin residues as slurry with and without DCD, straw and vinasse affected specific groups of microorganisms that participate in nitrogen cycle. Furthermore, phosphorus, iron and nitrogen cycles were altered in plants residues treatments. Different microorganisms were responsible for the same functions in biogeochemical cycles in different treatments with plant residues indicating possible functional redundancy. All agricultural residues amendments also contributed to increase N2O emissions, except for the treatment with DCD which was effective against the nitrification process. In conclusion, the results are important to understand the appropriate crop residues managements in microbial compositions and functions under the current effort of sustainable agricultural practices.Terras agrícolas tem recebido resíduos de culturas e de animais como opção de fornecimento de nutrientes adicionais em substituição aos fertilizantes inorgânicos. Apesar da ideia do retorno de resíduos produzidos na agricultura ao solo ser sustentável, sua aplicação continua contribuindo para produção de gases de efeito estufa como o óxido nitroso (N2O). Entretanto, o impacto dos distúrbios provocados pelo uso de resíduos agrícolas sobre a comunidade microbiana do solo ainda não são claros. O objetivo deste trabalho foi estudar o impacto do retorno de resíduos produzidos na agricultura como dejetos, vinhaça e palha sobre a comunidade bacteriana do solo acessada por sequenciamento de nova geração de ácidos nucleicos. Foram realizados dois experimentos de campo a curto prazo foram realizados com o primeiro experimento apresentando os tratamentos: controle, fertilizante mineral, dejeto e dejeto com inibidor de nitrificação dicianodiamida (DCD), enquanto o segundo experimento apresentou os seguintes tratamentos: controle, palha de cana-de-açúcar, vinhaça e vinhaça em conjunto com palha de cana-de-açúcar. O efeito das emissões de óxido nitroso também foram analisadas. A adição de resíduos orgânicos apresentou o maior impacto na mudança da comunidade bacteriana do solo e afetaram a presença de microrganismos conforme o resíduo aplicado quando em comparaçao com solos com solos com ou sem fertilizantes, mas sem a aplicaçao de resíduos. A aplicação de dejetos animais afetou a comunidade ao terceiro dia do experimento principalmente devido a um aumento na abundância de Bacteroidetes, Proteobacteria e Firmicutes, mas a comunidade voltou ao seu estado inicial após 50 dias de experimento. O impacto da aplicação de resíduos vegetais vinhaça e palha foi visualizada com a aplicação da palha modificando a abundância de Bacteroidetes e Beta-Proteobacteria. A adição de vinhaça provocou um aumento nas proporções de Verrucomicrobia enquanto Firmicutes foram mais abundantes no tratamento com adição de vinhaça em conjunto com a palha nos 46 dias do experimento. Entre as funções afetadas pela adição de resíduos de origem animal e vegetal, a aplicação de dejetos com e sem DCD, assim como a aplicação de palha e vinhaça, atuaram sobre grupos específicos de microrganismos do ciclo do nirogênio. Além disso, ciclos de fósforo, ferro e nitrogênio foram observados em diferentes tratamentos de resíduos vegetais. Diferentes microrganismos foram responsáveis pelas mesmas funções nos ciclos biogeoquímicos em distintos tratamentos com resíduos vegetais indicando possível redundância funcional. A aplicação de todos os resíduos também contribuiu para o aumento da emissão de N2O, com exceção do tratamento com adição de DCD em que mostrou que o inibidor foi efetivo em retardar o processo de nitrificação. Os resultados são importantes para entender o gerenciamento dos resíduos das culturas nas comunidades e funções microbianas do solo sob o esforço atual de práticas agrícolas sustentáveis