Influência das interações planta daninha-microbiota do solo sobre a capacidade competitiva vegetal e a mineralização rizosférica da matéria orgânica

Abstract

Interações entre plantas e micro-organismos do solo podem afetar a capacidade competitiva de plantas daninhas, bem como as propriedades físico-químicas do solo. Certas combinações de plantas podem estimular a mineralização da matéria orgânica do solo (MOS), alterando o armazenamento de carbono orgânico nesse ambiente. Além disso, quando em competição, as plantas podem mudar a estequiometria elementar de seus tecidos, sendo essa característica reflexo da capacidade das mesmas de competir com outras espécies em ambientes com variada disponibilidade de nutrientes. Assim, os objetivos deste trabalho foram: I) determinar como a microbiota do solo pode contribuir para o estabelecimento inicial e a capacidade competitiva de plantas daninhas e do milho; II) avaliar se a competição entre plantas daninhas e o milho pode estimular a decomposição da MOS; III) analisar a estequiometria elementar de plantas daninhas durante a competição interespecífica com o milho em experimentos de casa de vegetação. Para alcançar o primeiro objetivo, um experimento foi conduzido em casa de vegetação com Bidens pilosa, Amaranthus viridis e Zea mays. Avaliamos seis manejos de cultivo (monocultura de milho, coexistência entre plantas daninhas e milho, monoculturas de plantas daninhas e solo sem cultivo) em duas condições do solo (solo esterilizado e solo esterilizado com microbiota reconstituída). A reconstituição da microbiota do solo foi realizada pela aplicação de suspensão aquosa de solo fresco no solo esterilizado. A microbiota do solo desempenhou papel importante nas interações entre B. pilosa, A. viridis e milho, influenciando o crescimento da planta e a capacidade competitiva das mesmas. A reconstituição da microbiota do solo melhorou a capacidade do milho de competir com A. viridis, enquanto o inverso foi observado para B. pilosa. Para alcançar o segundo objetivo, as espécies de plantas A. viridis, B. pilosa e Ipomoea grandifolia, consideradas plantas daninhas, e Z. mays foram cultivadas em casa de vegetação. Foram avaliados oito tratamentos: monoculturas de milho e plantas daninhas, milho em competição com plantas daninhas e solo sem cultivo. A concentração total de CO 2 (solo + planta) foi determinada semanalmente. Nessas ocasiões, o efluxo de CO 2 e a composição isotópica de amostras gasosas (δ 13 CO 2 ) foram quantificados e o efeito priming rizosférico (EPR) sobre a MOS foi estimado. As plantas foram colhidas aos 60 dias após o plantio. Nessa ocasião, amostras de solo foram coletadas para medir o conteúdo de C e N da matéria orgânica particulada (MOP) e da matéria orgânica associada a minerais (MOAM). Todos os tratamentos de competição levaram a valores de EPR positivos. A monocultura de I. grandifolia e o milho vs. B. pilosa levaram às maiores perdas de C da MOAM e da MOP em comparação com os solos não cultivados. A competição entre o milho e B. pilosa aumenta a mineralização da MOS, enquanto a competição do milho com A. viridis e I. grandifolia retarda esse processo. Para alcançar o terceiro objetivo, os dados de conteúdo de nutrientes do experimento anterior foram coletados e as razões estequiométricas elementares foram calculadas para os tratamentos de monocultura e de competição. Amaranthus viridis apresentou baixa flexibilidade estequiométrica sob a mesma condição de pressão competitiva enfrentada por B. pilosa e I. grandifolia. A competição interespecífica alterou a estequiometria elementar das plantas, e a magnitude dessa alteração dependeu das espécies de plantas envolvidas. A competição interespecífica diminuiu a qualidade da biomassa vegetal, resultando em maiores relações C:N, C:P, C:K e N:P, principalmente para B. pilosa e I. grandifolia. Esse decréscimo de qualidade poderá reduzir a taxa de decomposição dos resíduos vegetais e levar à imobilização de nutrientes no solo.

The interactions between plants and soil microorganisms can affect weed-crop competition as well as the physico-chemical properties of the soil. Certain plant combinations can stimulate the mineralization of soil organic matter (SOM), thereby changing the storage of organic carbon in the soil. Additionally, under competition, plants can change the elemental stoichiometry of their tissues and this may be a reflection of their ability to compete with other species in environments with distinct nutrient availability. Thus, the objectives of this work were: I) to determine how the soil microbiota may contribute to the initial establishment and competitive ability of weeds and maize; II) to evaluate whether competition between weeds and maize can stimulate SOM decomposition; III) to analyze weed-crop elemental stoichiometry during interspecific competition between weeds and crops in greenhouse experiments. To achieve the first objective, a research was conducted under greenhouse conditions with Bidens pilosa, Amaranthus viridis, and Zea mays. We evaluated six cultivation managements (maize monoculture, coexistence between weeds and maize, weed monocultures, and non-cultivated soil) under two soil conditions (sterilized soil and sterilized soil with reconstituted microbiota). Soil microbiota reconstitution was done by the application of a fresh soil suspension to the sterilized soil. The soil microbiota plays an important role in the interactions between B. pilosa, A. viridis, and maize, influencing plant growth and their competitive ability. Soil microbiota reconstitution improved the ability of maize to compete with A. viridis, while the reverse was observed with B. pilosa. To achieve the second objective, the plant species A. viridis, B. pilosa, and Ipomoea grandifolia, considered as weeds, and Z. mays were grown under greenhouse conditions. We evaluated eight treatments: maize and weed monocultures, maize in competition with weeds, and non-cultivated soil. Total CO 2 concentration (soil + plant) was determined weekly. On these occasions, the CO 2 efflux and isotopic composition of gaseous samples (δ 13 CO 2 ) were quantified and the rhizosphere priming effect (RPE) on soil organic matter was estimated. The plants were harvested at 60 days after planting. At that time, soil samples were collected to measure the C and N contents of particulate (POM) and mineral-associated organic matter (MAOM). All competition treatments led to positive RPE values. Ipomoea grandifolia monoculture and maize vs. B. pilosa led to the highest MAOM-C losses and reduced POM-C compared to those of non-cultivated soils. Competition between maize and B. pilosa increases SOM mineralization, while maize competition with A. viridis and I. grandifolia retards this process. To achieve the third objective, nutrient content data from the previous experiment were collected and the elemental stoichiometric ratios were calculated for the monoculture and competition treatments. Amaranthus viridis showed low stoichiometric flexibility under the same competitive pressure as that faced by B. pilosa and I. grandifolia. Interspecific competition changed the elemental stoichiometry of plants, and the magnitude of these changes was dependent on the plant species involved. Interspecific competition decreased plant biomass quality, leading to higher C:N, C:P, C:K, and N:P ratios, mainly for B. pilosa and I. grandifolia. This may subsequently reduce plant residue decomposition rate and lead to nutrient immobilization in the soil.