Soil microbial biomass and the fate of phosphorus during long-term ecosystem development

Resumo

Contexto

A disponibilidade de fósforo no solo diminui durante o desenvolvimento do ecossistema em longo prazo em superfícies terrestres estáveis devido à perda gradual de fósforo no escoamento e transformação do fosfato mineral primário em minerais secundários e compostos orgânicos. Estas alterações têm sido ligadas a uma redução da biomassa vegetal à medida que os ecossistemas envelhecem, mas as implicações para os organismos subterrâneos permanecem desconhecidas.

Métodos

Construímos um balanço de fósforo para a cronoseqüência da floresta temperada úmida de 120.000 anos bem estudada em Franz Josef, Nova Zelândia. O balanço incluiu as quantidades de fósforo na biomassa vegetal, a biomassa microbiana do solo e outros reservatórios do solo.

Resultados

Os micróbios do solo continham 68-78% da biomassa total de fósforo (i.e. planta mais microbiana) para a maioria dos 120.000 anos cronosequência. Em contraste, o fósforo vegetal era um pool relativamente pequeno que ocorria predominantemente na madeira. Isso aponta para o papel central da biomassa microbiana na determinação da disponibilidade de fósforo à medida que os ecossistemas amadurecem, mas também indica a probabilidade de uma forte competição entre plantas e micróbios saprotróficos por fósforo no solo.

Conclusões

Esta nova perspectiva sobre a biogeoquímica terrestre desafia nossa compreensão do ciclo do fósforo, identificando os micróbios do solo como o principal reservatório biológico de fósforo durante o desenvolvimento do ecossistema a longo prazo.

Abstract

Background

Soil phosphorus availability declines during long-term ecosystem development on stable land surfaces due to a gradual loss of phosphorus in runoff and transformation of primary mineral phosphate into secondary minerals and organic compounds. These changes have been linked to a reduction in plant biomass as ecosystems age, but the implications for belowground organisms remain unknown.

Methods

We constructed a phosphorus budget for the well-studied 120,000 year temperate rainforest chronosequence at Franz Josef, New Zealand. The budget included the amounts of phosphorus in plant biomass, soil microbial biomass, and other soil pools.

Results

Soil microbes contained 68–78 % of the total biomass phosphorus (i.e. plant plus microbial) for the majority of the 120,000 year chronosequence. In contrast, plant phosphorus was a relatively small pool that occurred predominantly in wood. This points to the central role of the microbial biomass in determining phosphorus availability as ecosystems mature, yet also indicates the likelihood of strong competition between plants and saprotrophic microbes for soil phosphorus.

Conclusions

This novel perspective on terrestrial biogeochemistry challenges our understanding of phosphorus cycling by identifying soil microbes as the major biological phosphorus pool during long-term ecosystem development.