Is the nitrifi cation a redundant process in arid regions?: activity, abundance and diversity of nitrifi er microorganisms

Abstract

We tested if the microbial functional redundancy concept (theory relating changes in ecosystem functioning by species loss) apply for changes in the ammonium-oxidizing community (nitrifi er bacteria) due to: a) grazing disturbance, b) seasonal variations (dry season vs. wet season), c) habitat type (soil vs. organic residues), and d) ecological conditions (two eco-regions), in an arid region of central-western of Argentina. We determined: a) abundance of culturable nitrifi er bacteria, b) nitrifi cation activity and effi ciency, and c) nitrifi er community genetic structure by PCR-DGGE (richness and similarity index). Grazing did not change the nitrifi er abundance, activity and richness, while seasonally and eco- region effects were scarce. Contrarily, the habitat type affected nitrifi er activity, which was higher in organic residues than in soil. All similarity indexes were low (average 0.50, range 0.76-0.18) which suggest high species diversity in these arid eco-regions. Our results indicate that the nitrifi cation process in arid region of Argentina is redundant but it applies only for each habitat. To our knowledge, this is the fi rst functional redundancy study on microbial ecological process in disturbed arid zones, in which we report an important species replacement but without modifi cations in microorganism abundance and activity.

Nosotros testeamos si el concepto de redundancia funcional microbiana (teoría que relaciona los cambios en el funcionamiento del ecosistema y la pérdida de especies) se aplica para la comunidad de microorganismos oxidadores de amonio (bacterias nitrificadoras) afectada por el pastoreo, la estacionalidad (estación seca y húmeda), el tipo de hábitat (suelo y restos orgánicos), y las condiciones ecológicas (eco-región del Chaco Árido y el Monte), en la región árida del centro-oeste de Argentina. Se determinó: a) la abundancia de bacterias nitrificadoras cultivables, b) la actividad y eficiencia de la nitrificación, y c) la estructura genética de la comunidad de nitrificadores mediante PCR- DGGE (riqueza e índice de similitud). El pastoreo no modificó la abundancia de nitrificadores, la actividad y la riqueza, mientras que el efecto de la estacionalidad y la eco-región fue escaso. Contrariamente, el tipo de hábitat afectó la actividad nitrificadora, la cual fue más alta en los restos orgánicos que en el suelo. Todos los índices de similitud fueron bajos (promedio = 0.5; rango entre 0.76-0.18), lo cual sugiere una alta diversidad de especies en estas regiones áridas. Nuestros resultados indican que el proceso de nitrificación en la región árida central de Argentina es redundante, pero que se puede aplicar solo para cada tipo de hábitat. En nuestro conocimiento, este es el primer estudio de redundancia funcional sobre procesos ecológicos microbianos en zonas áridas disturbadas, en el cual se detectó un importante remplazo de especies, sin modificaciones en la abundancia y actividad de los microorganismos.