Oxidación aerobia de metano en arrozales bajo sistemas de rotación de intensidad variable

Abstract

El cultivo de arroz en Uruguay tradicionalmente se ha caracterizado por su baja intensidad en el uso del suelo, lo que se logra rotando el cultivo con varios años de pasturas destinadas a la ganadería. Actualmente la tendencia es a la intensificación de los cultivos, ya sea aumentando la frecuencia del cultivo de arroz en el sistema, acortando el ciclo de pasturas o introduciendo nuevos cultivos de verano, lo que plantea desafíos respecto al mantenimiento de la sustentabilidad del cultivo. Diversos autores han estudiado el impacto del uso de distintas rotaciones arroceras sobre el microbioma del suelo, pero aún es necesario profundizar sobre su efecto sobre las comunidades microbianas implicadas en la producción y consumo de metano, potente gas de efecto invernadero, en estos sistemas productivos. Las bacterias metanótrofas son las responsables de la oxidación aerobia del metano por lo que poseen un papel clave en la regulación del flujo de este gas entre el suelo y la atmósfera. El objetivo de este trabajo fue contribuir a una mejor comprensión de la actividad, abundancia y estructura de la comunidad metanótrofa asociada al cultivo de arroz (suelo y rizósfera) bajo sistemas de rotación con diferente intensidad en el uso del suelo. Para esto se seleccionaron tres rotaciones arroceras contrastantes (arroz-pasturas, arroz continuo y arroz-soja) de un ensayo de campo a largo plazo instalado en INIA Treinta y Tres, Uruguay. Se evaluó la dinámica de la abundancia de metanótrofos (qPCR dirigida al gen marcador funcional pmoA) y el potencial de oxidación de metano (POM) en suelo y suelo rizosférico de arroz a lo largo del ciclo de cultivo. Además, se evaluó el efecto de la concentración de amonio del suelo sobre la abundancia de la población metanótrofa y su potencial de oxidación de metano. Los resultados obtenidos mostraron un efecto de la intensificación del uso del suelo en el POM y en la abundancia de metanótrofos aerobios en suelo y rizósfera de arroz en este sistema. La rotación de arroz continuo presentó la mayor abundancia de bacterias oxidantes de metano sin distinción del momento del ciclo de cultivo. Asimismo, al inicio del ciclo de cultivo, en la etapa de macollaje, esta rotación arrocera presentó los mayores potenciales de oxidación de metano en suelo y rizósfera de arroz. En el caso del POM se observó un efecto importante de la etapa del cultivo, obteniéndose valores significativamente mayores en la etapa de macollaje. Se observó también una correlación positiva significativa entre el contenido de amonio del suelo y su POM. viii Por otra parte, mediante secuenciación masiva de genes 16S ARNr (Illumina Miseq) se estudió la estructura y diversidad del microbioma bacteriano y metanótrofo de suelo rizosférico de arroz proveniente de dos rotaciones diferentes (arroz continuo y arroz- pasturas). Si bien la comunidad bacteriana total no se vio afectada por la rotación agrícola, sí se observó un efecto en la comunidad metanótrofa. Mientras que en la rotación arroz continuo se observó una fuerte dominancia del género Methylocystis, en la rotación arroz- pasturas dominó el género Methylocella. Por último, se optimizó exitosamente la técnica Stable Isotope Probing utilizando 13CH4 en condiciones de microcosmos para el estudio de la comunidad metanótrofa que se encuentra activa en suelo rizosférico de arroz de dos rotaciones contrastantes. Si bien Methylocystis fue el género dominante en ambas comunidades activas, un estudio de abundancias diferenciales permitió constatar que los géneros Methyloterricola y Methyloglobulus se encuentran activos en mayor abundancia en muestras del sistema de rotación arroz-pasturas, mientras que en la rotación de arroz continuo fueron los géneros Crenothrix, Methyloparacoccus y Candidatus Methylospira los que se encontraron mayormente representados. En conclusión, esta tesis mostró que existe un efecto de la intensificación en la comunidad metanótrofa total y activa asociada a la planta de arroz, y que éste es mayor en este grupo microbiano que en la comunidad bacteriana total. Este resultado sugiere que la comunidad metanótrofa podría ser sensible a cambios en el manejo del suelo y la historia previa del cultivo, lo que representa un resultado interesante en la búsqueda de estrategias de mitigación de las emisiones de metano en estos agroecosistemas.