Spatial distribution of bacterial communities and their relationships with the micro-architecture of soil

Resumo

Seções delgadas biológicas de solo e uma combinação de ferramentas de análise de imagem e geostatística foram utilizadas para conduzir uma investigação detalhada sobre a distribuição de bactérias no solo e sua relação com os poros. A presença de padrões espaciais na distribuição de bactérias foi demonstrada na microescala, com intervalos de autocorrelação espacial de 1 mm ou menos. Gradientes de densidade bacteriana foram encontrados dentro de manchas bacterianas em amostras de solo superficial e também em uma amostra de subsuperfície. As manchas de densidade bacteriana exibiram um mosaico de valores altos e baixos nas demais amostras de subsuperfície. Anisotropia foi detectada na estrutura espacial dos poros, mas não foi detectada em relação à distribuição de bactérias. Nenhuma tendência marcada em função da distância ao poro mais próximo foi observada nos valores de densidade bacteriana no solo superficial, mas na subsuperfície a densidade bacteriana foi maior próxima aos poros e diminuiu a partir de então. A agregação bacteriana foi maior no solo superficial cultivado, embora nenhuma tendência consistente tenha sido encontrada no grau de agregação bacteriana em função da distância ao poro mais próximo. As implicações dos resultados apresentados para a modelagem e previsão da atividade bacteriana no solo são discutidas.

Abstract

Biological soil thin-sections and a combination of image analysis and geostatistical tools were used to conduct a detailed investigation into the distribution of bacteria in soil and their relationship with pores. The presence of spatial patterns in the distribution of bacteria was demonstrated at the microscale, with ranges of spatial autocorrelation of 1 mm and below. Bacterial density gradients were found within bacterial patches in topsoil samples and also in one subsoil sample. Bacterial density patches displayed a mosaic of high and low values in the remaining subsoil samples. Anisotropy was detected in the spatial structure of pores, but was not detected in relation to the distribution of bacteria. No marked trend as a function of distance to the nearest pore was observed in bacterial density values in the topsoil, but in the subsoil bacterial density was greatest close to pores and decreased thereafter. Bacterial aggregation was greatest in the cropped topsoil, though no consistent trends were found in the degree of bacterial aggregation as a function of distance to the nearest pore. The implications of the results presented for modelling and predicting bacterial activity in soil are discussed.