Home About Browse Search
Svenska


Niche differentiation of ammonia oxidizing bacteria and archaea in managed soils

Wessén, Ella (2011). Niche differentiation of ammonia oxidizing bacteria and archaea in managed soils. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2011:25
ISBN 978-91-576-7560-6
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
285kB

Abstract

Soils offer humanity a multitude of ecosystem services, including production of food and clean drinking water, and many such services are driven by soil microbial communities. However, human activities are constantly affecting soil ecosystems through altered land use or various management strategies, and thereby influence microbial communities and their functions. Human activities also result in increasing amounts of nitrogen entering terrestrial ecosystems, which modifies the global nitrogen cycle. This can lead to a number of negative environmental effects such as increased amounts of nitrous oxide (N2O) being emitted to the atmosphere or nitrate (NO3-) being leached from soils to surrounding water bodies, causing eutrophication.

This thesis explores how indigenous soil bacterial and archaeal communities are affected in managed soils, with emphasis on ammonia oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA). The objectives were to identify specific environmental drivers for AOB and AOA and to evaluate how potential changes might affect their activity.

Long-term application of various fertilizer regimes on an agricultural soil was found to alter the total abundance of targeted bacterial and archaeal phyla and classes in similar ways, although different taxa-specific responses were observed for the relative abundance of certain phyla/classes. Long-term organic and fertilizer amendments also affected the ammonia-oxidizing community. The AOA appeared to be functionally more important in the nitrification process than the AOB at the studied field site. Also, the AOA dominated in abundance except under certain conditions, when the AOB dominated, suggesting niche differentiation between the two groups. Studies on a drained forested peat soil revealed that the AOB were numerically superior to the AOA, and that AOB and AOA community structures and AOB abundance exhibited temporal variation. Furthermore, a spatially focused study on an agricultural soil revealed contrasting spatial patterns between the AOB and AOA with regard to both abundance and structure, which correlated differently to soil properties. This too indicates niche differentiation between the two ammonia oxidizing groups and there were also indications that the AOA were the drivers of nitrate leaching from the studied agro-ecosystem.

In conclusion, the AOB and AOA communities clearly respond to different management strategies. Based on current knowledge, it is suggested that the size of the AOB and AOA communities could serve as a good bioindicator when monitoring soil status.

Authors/Creators:Wessén, Ella
Title:Niche differentiation of ammonia oxidizing bacteria and archaea in managed soils
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Jordens markekosystem förser mänskligheten med en mängd viktiga tjänster genom att t.ex. producera mat och rent dricksvatten. Många av dessa tjänster är beroende av markens mikroorganismer. Markekosystem påverkas idag till stor del av mänskliga aktiviteter som jord- och skogsbruk vilket även påverkar markmikroorganismerna och deras aktivitet. Grundämnet kväve är essentiellt för alla levande organismer, dock är det ofta brist på biologiskt tillgängligt kväve i många markekosystem. Detta har resulterat i att mänskligheten över tid på olika sätt har ökat kvävetillförseln till mark på konstgjord väg vilket har lett till en modifiering av kvävets naturliga kretslopp. Detta kan i sin tur resultera i en mängd olika negativa miljöeffekter såsom att ökade mängder av lustgas (N2O) avges till atmosfären eller läckage av nitrat (NO3-) från mark till omgivande vattendrag vilket kan leda till övergödning.

Syftet med detta avhandlingsarbete var att studera hur markens mikroorganismer påverkas när den brukas på olika sätt, med fokus på en specifik grupp av markmikroorganismer, de ammoniak-oxiderande bakterierna (AOB) och arkeérna (AOA). Målet var att belysa parametrar som kan påverka förekomst, sammansättning och aktivitet av AOB och AOA i olika markekosystem som påverkats av mänsklig aktivitet.

Långsiktig användning av olika organiska och oorganiska gödningsmedel i en jordbruksmark visade sig påverka förekomsten av flera fylogenetiska grupper av bakterier och arkeér på samma sätt. Dock ändrades den relativa mängden av grupperna på olika sätt beroende på vilket gödningsmedel som tillförts marken. Denna långsiktiga användning av olika gödningsmedel visade sig även påverka AOB och AOA samhällena. Resultat indikerade att AOA var de mest aktiva ammoniakoxiderarna i den studerade jordbruksmarken. AOA var även fler till antalet jämfört med AOB, förutom under vissa förhållanden, vilket indikerar en nischdifferentiering mellan de två ammoniak-oxiderande grupperna. Resultat från en annan marktyp, en dränerad och därefter skogsbevuxen torvjord, visade att AOB var dominerande till antal jämfört med AOA. Torvjordens AOB och AOA samhällsstruktur förändrades över tid, vilket även antalet AOB gjorde. En kartläggning av den rumsliga fördelningen av AOB och AOA i ytterligare en jordbruksmark påvisade kontrasterande mönster mellan både antalet och strukturen av de båda samhällena. Markparametrar som korrelerade till dessa förändringar överlappade aldrig utan korrelerade bara till ett av samhällena, vilket indikerar en nischdifferentiering mellan AOB och AOA även i denna mark. Dessutom indikerade resultat att det var AOA-samhället som drev nitratutlakningen från den studerade jordbruksmarken.

AOB och AOA samhället i mark påverkas markant av olika brukningsmetoder och baserat på nuvarande kunskap föreslås det att storleken på både AOB och AOA samhället skulle kunna användas som en bioindikator för markstatus.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2011
Volume:2011:25
Number of Pages:55
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Wessén, E., Hallin, S. and Philippot, L. (2010). Differential responses of bacterial and archaeal groups at high taxonomical ranks to soil management. Soil Biology and Biochemistry 42, 1749-1765.
II.Wessén, E., Nyberg, K., Jansson, J.K. and Hallin, S. (2010). Responses of bacterial and archaeal ammonia oxidizers to soil organic and fertilizer amendments under long-term management. Applied Soil Ecology 45(3), 193-200.
III.Andert, J., Wessén, E., Börjesson, G. and Hallin, S. Temporal changes in abundance and composition of ammonia oxidizing bacterial and archaeal communities in a drained peat soil in relation to N2O emissions (manuscript).
IV.Wessén, E., Söderström, M., Stenberg, M., Bru, D., Hellman, M., Welsh, A., Thomsen, F., Klemedtson, L., Philippot, L. and Hallin, S. Spatial distribution of ammonia oxidizing bacteria and archaea across a 44-hectare farm related to ecosystem functioning (ISME J; e-pub ahead of print 13 January 2011; doi: 10.1038/ismej.2010.206).
V.Wessén, E. and Hallin, S. Abundance of archaeal and bacterial ammonia oxidizers – possible bioindicator for soil monitoring (In revision with Ecological Indicators).
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Dept. of Microbiology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-7560-6
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Microbiology (Microbiology in the medical area to be 30109)
(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 106 Biological Sciences (Medical to be 3 and Agricultural to be 4) > Ecology
Agrovoc terms:soil, soil microorganisms, bacteria, ammonia, oxidation, phylum, soil management, fertilizer application, soil biology
Keywords:Soil, Phylum, Ammonia oxidation, amoA gene, AOB, AOA, qPCR
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2
ID Code:8002
Department:(NL, NJ) > Dept. of Microbiology (until 161231)
Deposited By: Ella Wessén
Deposited On:28 Mar 2011 14:11
Metadata Last Modified:02 Dec 2014 10:45

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits