La relazione tra attività microbica e diversità vegetale

La perdita della biodiversità e l'aumento dei nutrienti in ingresso sono due tra i più importanti impatti antropici sulla biosfera terrestre. Molti studi hanno indagato gli effetti della perdita di specie e dell'eutrofizzazione sul funzionamento degli ecosistemi; tuttavia, questi fattori sono stati considerati in maniera isolata. La conoscenza di come influenzino le funzioni ecosistemiche, come la decomposizione e il ciclo degli elementi, è ad oggi incompleta.

I processi nel suolo. La diversità vegetale svolge un ruolo importante per l'ecosistema, ne garantisce la sua stabilità temporale e spaziale. Le comunità vegetali ad alta diversità sono inoltre molto più produttive rispetto a quelle monospecifiche. Gli effetti positivi della diversità delle specie sulla produttività dell'impianto, a loro volta aumentano l'input di carbonio organico per il suolo. Ad esempio, una maggior crescita radicale, produce più essudati, rafforzando in tal modo la fornitura di risorse per i decompositori. In particolare, le erbe possono portare a un aumento dei tassi di respirazione microbica nel suolo e della biomassa a causa dell'elevata densità di radici. Le comunità microbiche sono note per rispondere all'identità e alla diversità degli essudati secreti dalle radici delle piante. Visto che le diverse specie di piante forniscono diversi composti biochimici, una maggiore diversità vegetale è in grado di migliorare la nutrizione dei microrganismi. Così, i microrganismi non possono che trarre profitto da una maggiore quantità, ma anche da una maggiore varietà di risorse di origine vegetale. Di conseguenza, i processi come la decomposizione e i cicli degli elementi, sono influenzati dalla diversità vegetale. 

I fattori limitanti.Alcuni studi hanno già evidenziato come l'aumento della biomassa microbica sia correlata a una maggiore diversità vegetale; osservazioni analoghe sono emerse anche riguardo la modifica dei cicli biogeochimici. Anche la fissazione dell'azoto operata dai rizobi associati alle leguminose, in combinazione con un'alta biomassa radicale delle specie erbose, è stata identificata come il principale motore della comunità microbica del suolo.
Dato il ruolo significativo dell'azoto nel plasmare la composizione degli ecosistemi terrestri, l'apporto antropico dell'elemento può modificare il rapporto tra la diversità delle piante e degli ecosistemi, nonché le interazioni tra le piante e gli organismi del suolo. I microrganismi del suolo sono generalmente carbonio-limitati poichè le trasformazioni nel suolo dell'azoto, richiedono carbonio facilmente accessibile. D'altra parte, le piante sono tipicamente azoto o fosforo-limitate. L'aggiunta di azoto quindi, generalmente, aumenta la produttività primaria e l'ingresso di materia organica nel suolo, e può contribuire direttamente alla crescita e all'attività microbica, portando quindi ad una maggiore concorrenza tra le piante e i microrganismi per l'azoto. Tuttavia, l'aggiunta antropica di azoto può anche pregiudicare la biomassa e l'attività dei microrganismi. Sono stati proposti diversi meccanismi per spiegare gli effetti di un aumento di N in ingresso sulla crescita microbica , tra cui l'acidificazione del suolo e la lisciviazione dei nutrienti come magnesio e calcio. Questi dati generano una certa incertezza sul risultato complessivo sulla componente microbica del suolo, soprattutto se si considera l'ingresso di N in coordinazione con gli altri fattori ambientali.

La ricerca. Uno studio dell'Università di Göttingen ha indagato gli effetti della diversità vegetale e della composizione delle comunità, oltre ai fertilizzanti, e le loro interazioni sull'attività (respirazione) e la biomassa dei microrganismi del suolo in prati temperati. Presso i campi di studio del complesso Jena Experiment sono state testate le seguenti ipotesi:

• la ricchezza di specie e di gruppi funzionali incrementano la respirazione microbica dei batteri del suolo e le biomasse a causa di un aumento dell'offerta di risorse da parte delle piante;
• i gruppi funzionali vegetali (erbe, erbe basse, erbe alte, legumi) influenzano in modo diverso i microrganismi del suolo a causa di tratti funzionali specifici;
• la concimazione aumenta la biomassa microbica del terreno e la respirazione, migliorando la produttività degli impianti;
• gli effetti della diversità vegetale, la composizione della comunità, la respirazione microbica e la biomassa sono rafforzati dalla fertilizzazione.

I risultati. In accordo con la prima ipotesi, la ricchezza di specie vegetali ha significativamente aumentato la biomassa microbica del suolo e la respirazione basale.
A supporto della seconda ipotesi, quella che riguarda i gruppi funzionali, la presenza di leguminose ha  ridotto significativamente la respirazione basale, la respirazione specifica e il rapporto C/N microbico, mentre le erbe basse aumentano notevolmente la respirazione microbica e la biomassa.
La terza ipotesi non è stata dimostrata poiché gli autori non hanno osservato nessun incremento della biomassa microbica in seguito alla fertilizzazione.
In contrasto con la quarta e ultima ipotesi, la fertilizzazione non rafforza gli effetti della diversità vegetale (ricchezza specifica e funzionale) sulla respirazione microbica e sulla biomassa batterica.
Questo contrasta con alcuni studi precedenti. Nel complesso, lo studio suggerisce che la diversità delle piante e la fertilizzazione agiscono attraverso meccanismi disaccoppiati sulle proprietà microbiche. Gli autori osservano anche che probabilmente un cambiamento dei dosaggi della fertilizzazione potrebbe indurre alcuni cambiamenti anche nei risultati.

Fonte: http://journals.plos.org