Repositorio
Institucional

Baumann, Karen

Jung, Patrick

Samolov, Elena

Lehnert, Lukas W.

Buedel, Burkhard

Karsten, Ulf

Bendix, Joerg

Achilles, Sebastian

Schermer, Michael

Matus, Francisco

Oses, Romulo

Osses, Pablo

Morshedizad, Mohsen

Oehlschlaeger, Claudia

Hu, Yongfeng

Klysubun, Wantana

Leinweber, Peter

Biological soil crusts along a climatic gradient in Chile: Richness and imprints of phototrophic microorganisms in phosphorus biogeochemical cycling

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY

en

Biodiversity of phototrophic microorganisms in South American biological soil crusts (BSCs) and their role in the biogeochemical phosphorus (P)-cycle are unknown. Richness of BSC green algae and cyanobacteria was investigated at four climatically different Chilean sites (arid, semi-arid, Mediterranean, humid). Carbon (C), nitrogen (N), sulfur (S), and P contents, P pools and P speciation as well as spatial P species distribution within the BSCs were investigated. Morphological identification of enrichment cultures revealed 24 green algal and 18 cyanobacterial taxa in total. Irrespective of climatic conditions, each BSC comprised 12 to 15 different phototrophic species. Thereby, green algal richness increased, while cyanobacterial richness decreased with increasing humidity/decreasing mean annual temperature (North to South). Total C, N, and S contents ranged between 6.7 and 41.1 g C kg(-1), 0.6-2.8 g N kg(-1) and 0.2-0.7 g S kg(-1), respectively, and increased in the order crust-free soil < crust-adhering soil < BSC. The total P content in BSCs ranged from 310 to 777 mg kg(-1) with lowest concentrations at the arid site and highest concentrations at the semi-arid site. Labile P was highest in BSCs from semi-arid and Mediterranean climate implying no P-shortage for BSC organisms at these sites. In BSCs of all sites, stable and non-extractable P was identified as the major P pool (sequential P fractionation) with Ca-P species dominating at all sites except for the humid site at which Al-P was the main P species as determined by P K-edge X-ray absorption near edge structure, XANES. P K-edge ri-XANES of BSC cross sections revealed apatite hotspots, a potential P source for BSC organisms except for the arid site, where other Ca-P species dominated. Further, elemental mapping of the arid BSC cross section showed distinct accumulation of S and chloride (Cl) containing compounds within green algae and on their outer surface, respectively, raising the question of function/origin of these compounds. In conclusion, this work expands our knowledge on the richness of phototrophic organisms in South American BSCs and characterizes their possible position in the P-cycle along a strong climatic gradient. Our findings suggest that biotic and abiotic factors shape the structure of BSCs phototrophic communities as well as P pools and species at each habitat.

Se desconoce la biodiversidad de microorganismos fototróficos en las costras biológicas del suelo (BSC) de Sudamérica y su rol en el ciclo biogeoquímico del fósforo (P). Se investigó la riqueza de algas verdes y cianobacterias de las BSC en cuatro sitios chilenos climáticamente diferentes (árido, semiárido, mediterráneo, húmedo). Se investigaron los contenidos de carbono (C), nitrógeno (N), azufre (S) y P, los depósitos de P y la especiación de P, así como la distribución espacial de las especies de P dentro de las BSC. La identificación morfológica de los cultivos de enriquecimiento reveló 24 taxones de algas verdes y 18 de cianobacterias en total. Independientemente de las condiciones climáticas, cada BSC comprendía de 12 a 15 especies fototróficas diferentes. Por lo tanto, la riqueza de algas verdes aumentó, mientras que la riqueza de cianobacterias disminuyó con el aumento de la humedad/disminución de la temperatura media anual (de norte a sur). Los contenidos totales de C, N y S variaron entre 6,7 y 41,1 g C kg(-1), 0,6-2,8 g N kg(-1) y 0,2-0,7 g S kg(-1), respectivamente, y aumentaron en el orden suelo sin costra < suelo adherido a la costra < BSC. El contenido total de P en BSCs varió de 310 a 777 mg kg(-1) con concentraciones más bajas en el sitio árido y concentraciones más altas en el sitio semiárido. El P lábil fue más alto en BSCs de clima semiárido y mediterráneo, lo que implica que no hay escasez de P para los organismos BSC en estos sitios. En BSCs de todos los sitios, el P estable y no extraíble se identificó como el principal depósito de P (fraccionamiento secuencial de P) con especies de Ca-P dominando en todos los sitios excepto en el sitio húmedo en el que Al-P fue la principal especie de P según lo determinado por la absorción de rayos X de borde K de P cerca de la estructura del borde, XANES. Los ri-XANES de borde K de P de las secciones transversales de BSC revelaron puntos calientes de apatita, una fuente potencial de P para los organismos de BSC, excepto para el sitio árido, donde predominaron otras especies de Ca-P. Además, el mapeo elemental de la sección transversal de BSC árida mostró una acumulación distintiva de compuestos que contienen S y cloruro (Cl) dentro de las algas verdes y en su superficie exterior, respectivamente, lo que plantea la pregunta sobre la función/origen de estos compuestos. En conclusión, este trabajo amplía nuestro conocimiento sobre la riqueza de organismos fototróficos en BSC sudamericanos y caracteriza su posible posición en el ciclo del P a lo largo de un fuerte gradiente climático. Nuestros hallazgos sugieren que los factores bióticos y abióticos configuran la estructura de las comunidades fototróficas de BSC, así como los reservorios de P y las especies en cada hábitat.

Artículo original

Este trabajo ha sido financiado por el Programa Prioritario 1803 de la Fundación Alemana de Investigación "EarthShape: Modelado de la Superficie Terrestre por la Biota", en el marco del proyecto CRUSTWEATHERING (BE1780/44-1, BU666/19-1, KA899/32-1, LE903/14-1). La investigación se realizó en el marco del Campus Científico Leibniz "Investigación sobre el Fósforo en Rostock".

This work has been funded by the German Research Foundation Priority Program 1803 "EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota" in the frame of the project CRUSTWEATHERING (BE1780/44-1, BU666/19-1, KA899/32-1, LE903/14-1). The research was performed within the scope of the Leibniz ScienceCampus "Phosphorus Research Rostock".

10.1016/j.soilbio.2018.09.035

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Cyanobacteria

Green algae

Richness

Phosphorus

XANES

Cianobacterias

Algas verdes

Riqueza

Fósforo

XANES

Soil Science

Cyanobacteria

Green algae

Richness

Phosphorus

XANES

Cianobacterias

Algas verdes

Riqueza

Fósforo

XANES

Ciencias del suelo

Microbiología

Ecología

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Biological soil crusts along a climatic gradient in Chile: Richness and imprints of phototrophic microorganisms in phosphorus biogeochemical cycling

Artículo original

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY

Ciencia del suelo

0038-0717

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German Research Foundation BE1780/44-1

German Research Foundation BU666/19-1

German Research Foundation KA899/32-1

German Research Foundation LE903/14-1

"This work has been funded by the German Research Foundation Priority Program 1803 ""EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota"" in the frame of the project CRUSTWEATHERING (BE1780/44-1, BU666/19-1, KA899/32-1, LE903/14-1). The research was performed within the scope of the Leibniz ScienceCampus ""Phosphorus Research Rostock""."

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German Research Foundation BE1780/44-1#German Research Foundation BU666/19-1#German Research Foundation KA899/32-1#German Research Foundation LE903/14-1